घोंघे के दांत, मकड़ी के रेशम को पीछे छोड़कर प्रकृति की सबसे मजबूत सामग्री पाए गए (2015)

• ब्रिटेन के शोधकर्ताओं ने limpet समुद्री घोंघों के दांतों का परीक्षण किया और पाया कि उनकी tensile strength ज्यादातर मकड़ी के रेशम से औसतन करीब 5 गुना अधिक है, जिससे वे मापी गई प्राकृतिक सामग्रियों में सबसे मजबूत निकले
• ये दांत लोहे वाले क्रिस्टल goethite nanofibers को protein matrix द्वारा घेरे जाने वाली composite संरचना से बने होते हैं
• मजबूती की ऊपरी सीमा Kevlar से काफी अधिक और सबसे उच्च-गुणवत्ता वाले carbon fiber जैसी है, लेकिन graphene जैसी सबसे मजबूत कृत्रिम सामग्रियों तक नहीं पहुंचती
• limpet अपने मांसल पैर और स्रावों से प्रति वर्ग इंच 75 पाउंड का बल लगाकर चट्टानों से चिपकते हैं, और radula में जड़े दांतों से भोजन करते हुए चट्टान को घिसते हैं
• यहां तुलना का आधार खींचे जाने पर न टूटने वाली tensile strength है; इसे compressive strength या खरोंच/कटने का प्रतिरोध करने वाली hardness से अलग समझना चाहिए

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limpet दांतों की संरचना और मजबूती

• limpet ऐसे समुद्री घोंघे हैं जो लहरों से टकराने वाली चट्टानों से मजबूती से चिपककर रहते हैं; वे अपने मांसल mollusk ‘foot’ और रासायनिक स्रावों का उपयोग करके प्रति वर्ग इंच 75 पाउंड के बल से चिपक सकते हैं
• भोजन करते समय वे कई दांतों वाली जीभ, radula, से चट्टान को घिसते हैं
• प्रयोग में इन दांतों की सामग्री ने ज्यादातर मकड़ी के रेशम की तुलना में औसतन करीब 5 गुना अधिक tensile strength दिखाई
  • शोधकर्ताओं ने इस मजबूती की तुलना इस स्तर से की कि spaghetti का एक धागा, हर एक 1 पाउंड वजन वाले चीनी के करीब 3,300 बैग संभाल सके
  • इसे इतना दबाव सहने में सक्षम बताया गया जो carbon को diamond में बदल दे, लेकिन संपादक की टिप्पणी ने अलग से स्पष्ट किया कि लेख में तुलना का आधार tensile strength है
• दांतों की संरचना में iron-containing crystal goethite nanofibers को protein matrix घेरे रहता है
  • मापी गई सीमा की ऊपरी हद Kevlar से काफी आगे है और सबसे उच्च-गुणवत्ता वाले carbon fiber के समान है
  • यह graphene सहित सबसे मजबूत कृत्रिम सामग्रियों से कमजोर है
• शोध परिणाम Journal of the Royal Society Interface में प्रकाशित हुए

अलग-अलग material properties और engineering उपयोग

• पृथ्वी पर मजबूत सामग्रियों की व्यापक तुलना करें तो diamond से मजबूत कृत्रिम nanomaterials मौजूद हैं, और प्रकृति में भी दो दुर्लभ सामग्रियां हैं जो diamond से अधिक stress सह सकती हैं
  • wurtzite boron nitrate में diamond जैसी atomic arrangement होती है और यह boron व nitrogen से बना होता है
  • lonsdaleite carbon से बना है, लेकिन diamond की cubic संरचना के विपरीत इसकी संरचना hexagonal होती है; यह graphite वाले meteorite के पृथ्वी से टकराने पर बन सकता है
  • lonsdaleite, diamond की तुलना में 58% अधिक stress सह सकता है
• हालांकि wurtzite boron nitrate वाली तुलना tensile strength की नहीं, बल्कि खरोंच या कटने का प्रतिरोध करने वाली hardness की है, इसलिए इसे limpet दांतों के समान मानदंड वाली ranking के रूप में नहीं समझना चाहिए
• कठोर होने के साथ मजबूत और लचीली सामग्रियां अगली पीढ़ी के materials, structures और machines के विकास में उपयोगी हैं, और limpet दांतों की composite संरचना नए biomimetic materials के अध्ययन का विषय बनती है

[GN⁺]

Hacker News की राय

• अगर आप तस्वीरें देखना चाहते हैं, तो इस पेपर में काफी अच्छा material है: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
  अगर आप slug के सामने उंगली रखें तो वह उसे कुतरने की कोशिश करता है; अब जाकर समझ आया कि sandpaper जैसा खुरदुरा एहसास क्यों होता है

  • Seattle के आसपास के garden snails को अगर त्वचा पर रेंगने दिया जाए, तो वे सच में बहुत हल्का काटकर खून तक निकाल सकते हैं
  • यह बिल्ली की जीभ पर मौजूद keratin papillae जैसा है, लेकिन आकार में बहुत छोटा
  • अगर आपको त्वचा से ज्यादा सख्त कुछ महसूस हुआ, तो उसने खाने की कोशिश भर नहीं की थी, बल्कि सच में खा ही लिया था
  • यह उम्मीद से कहीं ज्यादा डरावनी बात निकली

• “spaghetti की एक डंडी 1-pound चीनी के 3,300 पैकेट उठा रही हो” वाली तुलना के बजाय मध्यम आकार की passenger car कहना कहीं ज्यादा साफ होता

  • मूल स्रोत BBC लेख में इसे “spaghetti की एक डंडी 0.5kg चीनी के 3,000 पैकेट उठा रही हो” कहा गया था
    यह 1,500kg को ब्रिटिश audience के लिए परिचित चीज से समझाने की कोशिश थी, लेकिन Smithsonian ने unit conversion करते समय इसे अमेरिकियों के लिए उल्टा कम परिचित 1-pound चीनी के पैकेट में बदल दिया। अमेरिका में 1-pound चीनी के पैकेट शायद ही देखने को मिलते हैं, जबकि UK में 500g पैकेट थोड़े छोटे होने पर भी काफी आम हैं
    https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
    https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
  • यह ऐसी तुलना है जैसे हर कोई 1-pound चीनी के 3,300 पैकेटों का वजन और उन्हें उठाने के लिए लगने वाला बल अपने अनुभव से अच्छी तरह जानता हो। इसके उलट midsize car की सीमा अस्पष्ट है, और असल में किसी ने उसे उठाते हुए भी नहीं देखा है
  • चीनी के पैकेट तो समस्या हैं ही, लेकिन spaghetti की एक डंडी से क्या मतलब है यह भी साफ नहीं है
    यह वजन के आधार पर है या volume के, पकी हुई और लचीली अवस्था में है या सूखी अवस्था में, जिसमें वह आसानी से टूट जाती है—कुछ पता नहीं। Spaghetti ऐसी चीज भी नहीं है जिसकी size के हिसाब से tensile strength हमें सहज रूप से पता हो, इसलिए समझना मुश्किल है कि यह तुलना आखिर क्या visualize करवाना चाहती है
  • यह European midsize car है या American midsize car, इस पर भी वजन बदल जाता है

• “1-pound चीनी के 3,300 पैकेट” जैसे पैकेटों की संख्या से वजन बताने के बजाय एक आधुनिक passenger car कहना बेहतर है

  • यह भी देखना होगा कि कुछ kg पंख और कुछ kg steel में से आप किसे ज्यादा उठा सकते हैं: https://www.youtube.com/watch?v=-fC2oke5MFg
  • जब भी ऐसी बढ़ा-चढ़ाकर बताने वाली unit comparisons देखता हूं, वे मजाकिया चुटकुले जैसी लगती हैं

• Elisabeth Tova Bailey की The Sound of a Wild Snail Eating से मुझे पहली बार snail teeth के बारे में पता चला
  यह एक छोटी और खूबसूरत nonfiction किताब है—एक महिला, जिसे दुर्लभ infection की वजह से nervous system की समस्या हो गई और जो कई साल तक लगभग बिस्तर पर ही रही, अपने दोस्त द्वारा जंगल से लाकर बिस्तर के पास रखे गए snail को देखती है और public library की किताबों के जरिए mollusks के बारे में गहराई से जानती है। बच्चे को यह पढ़कर सुनाने के बाद मैंने मैदान में लेटकर slug को पौधे “चक-चक-चक” करके चबाते हुए सच में सुना भी

• Aquarium में snails को देखें तो वे लगभग लगातार कुछ न कुछ कुतरते रहते हैं। मैं हमेशा सोचता था कि बिना रुके काम करने वाले उन छोटे दांतों को वे सही-सलामत कैसे रखते हैं; दांतों की structure और regeneration method ही इसका जवाब था

• मैं snail teeth की तस्वीरें देखना चाहता था

  • https://old.reddit.com/r/AquaticSnails/search?q=teeth&restri...

• मूल research paper इस लिंक पर है, और article body में दिए गए links टूटे हुए हैं
  https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...

• यह study 2015 का paper है, और 2017 में compressive strength और tensile strength के फर्क पर एक उपयोगी correction जोड़ा गया था

  • Hardness भी एक अलग property है। Diamond hard होता है, लेकिन इसी property की वजह से हथौड़े से impact देने पर उसे तोड़ा जा सकता है