Termisk vision af slanger inspirerer bløde pyroelektriske materialer

Konvertering af varme til elektricitet er en ejendom, der menes kun at være forbeholdt stive materialer som krystaller. Imidlertid, forskere - inspireret af den infrarøde (IR) vision om slanger - udviklede en matematisk model til konvertering af bløde, organiske strukturer til såkaldte "pyroelektriske" materialer. Studiet, optræder 21. oktober i journalen Stof , beviser, at blødt og fleksibelt stof kan omdannes til et pyroelektrisk materiale og potentielt løser et langvarigt mysterium omkring mekanismen for IR-syn hos slanger.

Når et materiale kan omdanne varme til en elektrisk impuls kaldes det "pyroelektrisk, "en ejendom findes typisk kun i hårde, ufleksible stoffer. Mysteriet er, hvordan IR-sansende slanger kan opnå denne varme-til-elektricitet-konvertering på trods af naturlig blød anatomi.

"Folk troede, at vi kunne forklare IR -sansningen af ​​slanger, hvis der var en hård, pyroelektrisk materiale i deres pitorgel, men ingen har nogensinde fundet en, "siger Pradeep Sharma, MD Anderson -professor og formand for maskinteknik ved University of Houston. "Så, vi spekulerede på, om vi bare prøver at gøre disse bløde materialer pyroelektriske, måske gør naturen det samme. "

Hoggorm og andre slanger, ligesom udlændinge i Predator -serien, er kendt for deres varmefølelse. Faktisk, IR -visionen for pit -hugge er så akut følsom, at "hvis et dyr optræder i kulsort mørke, selv et halvt sekund 40 centimeter væk, pit viper vil være i stand til at opdage det, "Siger Sharma.

Denne evne opnås ved en struktur kaldet et pitorgel - et hul kammer tæt på slangens næsebor, der indeholder et tyndt, fleksibel membran. "Grubeorganet spiller en vigtig rolle i behandlingen af ​​varme til et signal, de kan registrere, "siger Sharma." Dog, den manglende del af ligningen var, hvordan neuroncellerne i pitorgansmembranen konverterer en varmesignatur til elektricitet for at skabe det signal. "

Brug af pitorganmembranens fysiologi som inspiration, Sharma og hans team var i stand til at konstruere en matematisk model for at forklare, hvordan denne omdannelse fra varme til elektricitet kunne være mulig i et blødt organisk materiale. "Vores løsning er vildledende enkel, "siger Sharma." Bortset fra mere avancerede designelementer, For at lave et pyroelektrisk blødt materiale er alt hvad du behøver at integrere statisk, stabile ladninger i materialet og sikre, at de ikke lækker ud. Derefter skal du sikre dig, at materialet er blødt nok til, at det er i stand til stor deformation i form og størrelse og har en følsomhed over for temperatur. Hvis du gør det, de vil virke pyroelektriske, og det er det, vi har kunnet bevise i vores model. Og vi mener, at det er det, naturen egentlig bruger, fordi denne proces er enkel og robust. "

Laboratorieforsøg med bløde materialer er allerede begyndt at godkende modellen, selvom yderligere forskning er nødvendig for at bekræfte, om denne foreslåede mekanisme finder sted i neuroncellerne i slangens pitorgansmembran. Tidligere arbejde havde impliceret TRPA1 proteinkanaler placeret i membranens neuronceller som en vigtig rolle; imidlertid, forholdet mellem disse kanaler og den foreslåede mekanisme i avisen er endnu ukendt.

"Ved hjælp af denne model, Jeg kan med sikkerhed skabe et kunstigt blødt materiale med pyroelektriske egenskaber - det er der ingen tvivl om. Og vi er rimelig sikre på, at vi har afdækket i det mindste en del af løsningen på, hvordan disse slanger kan se i mørket, siger Sharma. "Nu hvor vi har udviklet modellen, andre forskere kan komme frem og begynde at lave eksperimenterne for at bekræfte eller benægte, om vores teori om slange -IR -sansning er korrekt. "

Næste, Sharma ønsker at fortsætte sin forskning i blødt stof, undersøge, hvordan man manipulerer dem til at generere elektricitet udelukkende fra et magnetfelt. Med nok forskning håber Sharma at inspirere udviklingen af ​​pyro, piezo, og magnetoelektriske bløde materialer, udvide mulighederne for, hvordan vi producerer elektricitet.