Dalam penelitian yang dapat menginformasikan bahan nano berkinerja tinggi di masa depan, tim yang dipimpin University of Michigan telah menemukan untuk pertama kalinya bagaimana moluska membangun struktur yang sangat tahan lama dengan tingkat simetri yang melampaui segala sesuatu yang lain di dunia alami, kecuali atom individu.
“Kita manusia, dengan semua akses kita ke teknologi, tidak dapat membuat sesuatu dengan arsitektur skala nano serumit mutiara,” kata Robert Hovden, asisten profesor ilmu material dan teknik Universitas Michigan dan penulis makalah. “Jadi kita bisa belajar banyak dengan mempelajari bagaimana mutiara berubah dari ketiadaan yang tidak teratur menjadi struktur yang sangat simetris ini.”
Studi ini menemukan bahwa simetri mutiara menjadi lebih dan lebih tepat saat ia terbentuk, menjawab pertanyaan berabad-abad tentang bagaimana gangguan di pusatnya menjadi semacam kesempurnaan.
Lapisan nacre, komposit organik-anorganik warna-warni dan sangat tahan lama yang juga membentuk cangkang tiram dan moluska lainnya, dibangun di atas pecahan aragonit yang mengelilingi pusat organik.
Lapisan, yang membentuk lebih dari 90% volume mutiara, menjadi semakin tipis dan semakin serasi saat terbentuk keluar dari pusat.
PERIKSA: Matematika Kepingan Salju yang Luar Biasa
Mungkin temuan yang paling mengejutkan adalah bahwa moluska mempertahankan simetri mutiara mereka dengan menyesuaikan ketebalan setiap lapisan nacre. Jika satu lapisan lebih tebal, lapisan berikutnya cenderung lebih tipis, dan sebaliknya. Mutiara yang digambarkan dalam penelitian ini mengandung 2.615 lapisan nacre yang cocok, disimpan selama 548 hari.
“Lapisan nacre yang tipis dan halus ini terlihat sedikit seperti seprai, dengan bahan organik di antaranya,” kata Hovden. “Ada interaksi di antara setiap lapisan, dan kami berhipotesis bahwa interaksi itulah yang memungkinkan sistem untuk mengoreksi seiring berjalannya waktu.”
TERKAIT: Rumus Matematika Baru Diluncurkan untuk Mencegah AI Membuat Keputusan Tidak Etis
Tim juga mengungkap detail tentang bagaimana interaksi antar lapisan bekerja. Analisis matematis dari lapisan mutiara menunjukkan bahwa mereka mengikuti fenomena yang dikenal sebagai “1/f noise,” di mana serangkaian peristiwa yang tampaknya acak terhubung, dengan setiap peristiwa baru dipengaruhi oleh peristiwa sebelumnya. 1/f kebisingan telah terbukti mengatur berbagai proses alam dan buatan manusia termasuk aktivitas seismik, pasar ekonomi, listrik, fisika dan bahkan musik klasik.
“Ketika Anda melempar dadu, misalnya, setiap lemparan benar-benar independen dan terputus dari setiap lemparan lainnya. Tetapi kebisingan 1/f berbeda karena setiap peristiwa terkait, ”kata Hovden. “Kami tidak dapat memprediksinya, tetapi kami dapat melihat struktur dalam kekacauan. Dan di dalam struktur itu terdapat mekanisme kompleks yang memungkinkan ribuan lapisan mutiara bersatu menuju keteraturan dan ketepatan.”
Tim menemukan bahwa mutiara tidak memiliki keteraturan jangka panjang yang sebenarnya—jenis simetri yang direncanakan dengan hati-hati yang membuat ratusan lapisan pada bangunan bata tetap konsisten. Sebaliknya, mutiara menunjukkan keteraturan jarak menengah, mempertahankan simetri sekitar 20 lapisan sekaligus. Ini cukup untuk menjaga konsistensi dan daya tahan selama ribuan lapisan yang membentuk mutiara.
Tim mengumpulkan pengamatan mereka dengan mempelajari mutiara Akoya “keshi”, yang diproduksi oleh tiram Pinctada imbricata fucata di dekat garis pantai Timur Australia.
Mereka memilih mutiara khusus ini, yang berdiameter sekitar 50 milimeter, karena mereka terbentuk secara alami, berbeda dengan mutiara budidaya manik, yang memiliki pusat buatan. Setiap mutiara dipotong dengan gergaji kawat berlian menjadi beberapa bagian dengan diameter tiga sampai lima milimeter, kemudian dipoles dan diperiksa di bawah mikroskop elektron.
LAGI: Matematika yang Menakjubkan dari Bunga Matahari
Hovden mengatakan temuan studi tersebut, diterbitkan di Prosiding National Academy of Sciences, dapat membantu menginformasikan material generasi berikutnya dengan arsitektur skala nano berlapis yang tepat.
“Ketika kami membangun sesuatu seperti bangunan bata, kami dapat membangun secara berkala melalui perencanaan dan pengukuran yang cermat serta pembuatan pola,” katanya. “Moluska dapat mencapai hasil yang serupa pada skala nano dengan menggunakan strategi yang berbeda. Jadi kami harus banyak belajar dari mereka, dan pengetahuan itu dapat membantu kami membuat materi yang lebih kuat dan lebih ringan di masa depan.”
Sumber: Universitas Michigan
Posted By : nomor yang akan keluar malam ini hongkong
