استفاده از ساختارهای الهام گرفته شده از استخوان برای افزایش عمر خستگی مواد
به کمک درک جدید در مورد چگونگی حفظ قدرت استخوان ها، ممکن است روزی شاهد استفاده از مواد الهام گرفته از استخوان در تولید محصولات طویل تر مانند بال هواپیما باشیم. این یافته ها همچنین می تواند منجر به یافتن درمان های بهتر برای شرایطی مانند پوکی استخوان شود.
ساختار داخلی شبكه مانند استخوان به طور معمول از شبكه ای از ساختارهای ورقه-مانند عمودی به همراه ساختارهای باریک میله-مانند افقی كه بین آن ها قرار دارد تشکیل شده است. هنگامی که یک استخوان یک وزن سنگین را به یکباره دریافت می کند، بیشتر این چگالی شاخه های عمودی است که تعیین می کند آیا استخوان می شکند یا خیر. پیش از این تصور می شد كه شاخه های افقی تاثیر کمی بر استحكام استخوان دارند.
با این حال، با استفاده از مدل های کامپیوتری، محققان دانشگاه کرنل در نیویورک اخیرا مشخص کردند که هرچه چگالی ساختارهای افقی بیشتر باشد، تعداد دفعاتی که یک استخوان می تواند فشارهای نوسان دار و ناپایدار را در طول زمان قبل از شکستن تحمل کند بیشتر خواهد بود- این به عنوان عمر خستگی طولانی مدت شناخته می شود.
پروفسور کریستفر جی هرناندز، دانشمند و رهبر این مطالعه می گوید: “این استخوان های میله-مانند افقی در تحمل وزن و بار چرخه ای و نوسان دار نقش بسزایی دارند. زمانی که انسان پیرتر می شود، ابتدا این میله های افقی را از دست می دهد. این امر موجب بالا رفتن احتمال شکستگی استخوان در زمان تحمل وزن چرخه ای و نوسان دار (cyclic load) می شود.”
به منظور قرار دادن داده های مدل کامپیوتری در یک آزمایش فیزیکی، دانشمندان چند نمونه از مواد پلی مر اورتان را با الهام از استخوان بصورت سه بعدی چاپ کردند، سپس آن ها را در معرض بارهای چرخه ای و تکرار شونده قرار دادند. دانشمندان دریافتند که با افزایش ضخامت میله ی افقی، عمر خستگی مواد می تواند تا ۱۰۰ برابر، افزایش یابد.
اکنون امید برآن است که یافته های این تیم بتواند به مواد ساخته شده الهام بخشد تا بهتر بتوانند در طول عمر کارکرد خود، بارها و وزن های چرخه ای و نوسان دار را تحمل کنند. هرناندز به صنایع هوافضا به عنوان نمونه ای از کاربردهای این ماده اشاره می کند، بال هواپیما در طول هر پرواز هزاران بار نوسان دار را تجربه می کند.
این تحقیق که اخیرا در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، همچنین می تواند راهنمایی برای توسعه درمان اختلالات حاد استخوان (که منجر به زوال استخوان می شود) باشد.
منبع
