Zırhlı şeytan böceği için arabayla ezilmek gibi bir sorun bulunmuyor.
Araştırmacıların geçtiğimiz hafta Nature bülteninde yayımladıkları makalede gösterdikleri üzere; böceğin bu hayatta kalma şekli, aynı herkülvari dayanıklılığa sahip yeni malzemelerin geliştirilmesine ilham olabilir.
Araştırmacıların aktardığına göre bu malzemeler sert olsa da, bir ataş gibi bükülebilir özellikte olabilirler. Bu sayede, uçakların gaz türbinleri gibi makineler daha güvenli ve daha uzun ömürlü hale getirilebilir.
Irvine California Üniversitesi ve Purdue Üniversitesi’nde çalışan araştırmacıların önderliğindeki çalışmaya göre, zırhlı şeytan böceğinin bu süper dayanıklılığı, karnı boyunca uzanan ve birleşme yeri isimli bir hatla karşılaşan zırh benzeri iki kınkanatta saklı.
Kınkanat, uçan böceklerde kanatları koruyor ve uçmayı kolaylaştırıyor. Fakat zırhlı şeytan böceğinin kanatları yok. Bunun yerine kınkanat ve bağlayıcı birleşme yeri, uygulanan kuvvetin vücut boyunca daha eşit dağılmasına yardımcı oluyor.
Purdue Üniversitesi’nde inşaat mühendisliği profesörü olan Pablo Zavattieri “Birleşme yeri, bir çeşit yapboz gibi davranıyor. Dış iskeletin çeşitli yapraklarını (yapboz parçaları) kınkanat altındaki karın bölgesinde bağlıyor” diyor.
Bu yapboz, uygulanan kuvvetin miktarına bağlı olarak birkaç farklı şekilde imdada yetişiyor.
Bu stratejileri ortaya çıkarmak isteyen araştırmacılar, ilk önce böceğin dış iskeletinin sınırlarını test etmiş ve bilgisayarlı tomografi taramalarına bakarak çeşitli yapısal bileşenleri tanımlamışlar.
Basınçlı çelik tabakalar kullanan araştırmacılar, zırhlı şeytan böceğinin dış iskeleti çatlamaya başlamadan önce yaklaşık 150 newtonluk bir kuvveti karşılayabildiğini bulmuşlar; bu miktar, böceğin vücut ağırlığının en az 39.000 katı büyüklüğünde.
Bu dayanıklılık, göründüğünden daha etkileyici: Araştırmacıların tahminine göre bir araba lastiği, eğer böceğin üzerinden toprak bir yüzeyde geçerse yaklaşık 100 newtonluk bir kuvvet uyguluyor. Takımın test ettiği diğer karasal böcekler, zırhlı şeytan böceğinin dayanabildiği kuvvetin yarısıyla bile başa çıkamamış.
Zavattieri’nin laboratuvarı, daha sonra belli yapıların izole edildiği kapsamlı bilgisayar simülasyonları ve 3 boyutlu modeller ile deneyler yapmış ve bunların, böceğin hayatını kurtarmadaki rolünü daha iyi anlamaya çalışmış.
Tüm bu çalışmalar bir araya getirildiğinde; zırhlı şeytan böceğindeki yapboz benzeri birleşim yerinin, araba lastiği gibi baskı meydana getiren bir yük altında iki farklı savunma hattı oluşturduğu ortaya çıkmış.
Bunlardan ilkinde, birbirine bağlanan yapraklar kilitlenerek, bağlanma yerinden çıkmayı önlüyor. İkincisinde ise bağlanma yeri ile yapraklar tabakalara ayrılarak, dış iskeletin ciddi şekilde parçalanmasını engelleyen hafif bir bozulmaya yol açıyor. Bu stratejilerin her biri enerjiyi dağıtarak, böceğin boyun kısmında ölümcül bir etki oluşmasını engelliyor. Boyun kısmı ise böceğin dış iskeletinde kırılmanın en muhtemel olduğu yer.
Böceğin dış iskeletine en yüksek kuvvet uygulansa bile; bu katman ayrışımı, birbirine bağlı yaprakların birleşim yerinden daha nazik şekilde çıkmasına olanak sağlıyor. Eğer yapraklar birbirine çok fazla veya çok az geçmiş olsaydı, enerjinin ani şekilde serbest kalması, böceğin boynunun kırılmasına yol açardı.
Zırhlı şeytan böceğinin, bir araba “kazasının” ardından iyileşip iyileşmediği henüz bilinmiyor. Fakat bu stratejilerin öğrenilmesi, çeşitli tip mekanizmalarda dayanıklık yitimi sorunlarını çözebilir.
Zavattieri’nin grubunda yer alan ve projede doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan yardımcı profesör David Restrepo şöyle söylüyor: “Yük destek kabiliyetlerini sınırlamadan farklı malzemeleri birleştirmek, günümüzde sık karşılaşılan bir mühendislik problemi. Zırhlı şeytan böceği, bu sınırlamaları atlatma kabiliyetine sahip.”
Örneğin uçakların gaz türbinlerinde, metaller ve alaşımlı malzemeler mekanik bir bağlayıcı ile birleştiriliyor. Bu bağlayıcı, yüke ağırlık ekliyor ve çatlaklara ya da aşınmaya yol açabilecek baskılar oluşturuyor.
Araştırma grubunda çalışan Meryem Hüsseyini, “Bu bağlayıcılar, nihayetinde sistemin verimini azaltıyor ve zaman zaman değiştirilmeleri gerekiyor. Fakat zırhlı şeytan böceğinin arayüzey birleşme yerleri, bu sorunların çözülmesine yardımcı olabilecek sağlam ve daha tahmin edilebilir bir bozulma sağlıyor.”
ICÜ araştırmacıları, karbon fiberden yapılan ve zırhlı şeytan böceğini taklit eden alaşımlı bir bağlayıcı yapmışlar. Purdue Üniversitesi’nde çalışan araştırmacılar ise yapılan yük testlerinde, bu bağlayıcının standart bir uçak bağlayıcısı kadar güçlü olduğunu fakat çok daha sağlam olduğunu keşfetmişler.
“Bu çalışma, güçlü ve kırılgan malzemelerden; kırıldıkları sırada enerjiyi dağıtarak hem güçlü, hem de sağlam olabilen malzemelere geçiş yapabileceğimizi gösteriyor. İşte doğa da, zırhlı şeytan böceğinin bunu yapmasını sağlamış” diyor Zavattieri.
Araştırmanın sermayesi, ABD Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Bürosu ve ABD Ordusu Çok Üniversiteli Araştırma Girişimi Bürosu tarafından sağlanmış. Araştırmada, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Kullanıcıları Tesisi’ndeki Gelişmiş Işık Kaynağı laboratuvarında yer alan kaynaklar kullanılmış.
Yazar: Kayla Wiles/Purdue Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
