Pencitraan 3D Menunjukkan Bagaimana Nyali Hiu Bekerja Seperti Katup Tesla


Pada tahun 1920, kelahiran Serbia penemu Nikola Tesla merancang dan mematenkan apa yang disebutnya “saluran katup”: pipa yang desain internalnya memastikan bahwa cairan akan mengalir ke satu arah yang diinginkan, tanpa perlu bagian yang bergerak, membuatnya ideal untuk aplikasi mikofluida, di antara kegunaan lainnya. Menurut sebuah makalah baru-baru ini yang diterbitkan di Prosiding Royal Society B, katup Tesla juga memberikan model yang berguna tentang bagaimana makanan bergerak melalui sistem pencernaan banyak spesies hiu. Berdasarkan CT scan usus hiu yang baru, para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa usus adalah katup Tesla yang terbentuk secara alami.

“Sudah saatnya beberapa teknologi modern digunakan untuk melihat usus spiral hiu yang benar-benar menakjubkan ini,” kata rekan penulis Samantha Leigh dari California State University, Dominguez Hills. “Kami mengembangkan metode baru untuk memindai jaringan ini secara digital dan sekarang dapat melihat jaringan lunak dengan sangat detail tanpa harus memotongnya.”

Kunci dari desain katup Tesla yang cerdik adalah satu set loop yang saling berhubungan, asimetris, berbentuk air mata. Dalam aplikasi patennya, Tesla menggambarkan rangkaian 11 segmen kontrol aliran ini sebagai yang terbuat dari “pembesaran, resesi, proyeksi, baffle, atau ember yang, sementara menawarkan hampir tidak ada ketahanan terhadap aliran cairan dalam satu arah, selain gesekan permukaan. , merupakan penghalang yang hampir tidak dapat dilewati untuk alirannya ke arah yang berlawanan.” Dan karena mencapai ini tanpa bagian yang bergerak, katup Tesla jauh lebih tahan terhadap keausan operasi yang sering.

Tesla mengklaim bahwa air akan mengalir melalui katupnya 200 kali lebih lambat dalam satu arah daripada yang lain, yang mungkin berlebihan. Sebuah tim ilmuwan di Universitas New York membangun katup Tesla yang berfungsi pada tahun 2021, sesuai dengan desain penemunya, dan menguji klaim itu dengan mengukur aliran air melalui katup di kedua arah pada berbagai tekanan. Para ilmuwan menemukan air mengalir hanya sekitar dua kali lebih lambat ke arah yang tidak disukai.

Namun, laju aliran terbukti menjadi faktor penting. Katup menawarkan hambatan yang sangat kecil pada laju aliran lambat, tetapi begitu laju itu meningkat di atas ambang batas tertentu, hambatan katup juga akan meningkat, menghasilkan aliran turbulen ke arah sebaliknya, sehingga “menyumbat” pipa dengan vortisitas dan arus yang mengganggu. Jadi itu sebenarnya bekerja lebih seperti sakelar, menurut rekan penulis Leif Ristroph, dan juga dapat membantu memperlancar aliran yang berdenyut, mirip dengan bagaimana konverter AC/DC mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Faktanya, Ristroph menyarankan bahwa ini mungkin niat Tesla dalam merancang katup, mengingat klaim ketenaran terbesarnya adalah menemukan motor AC dan konverter AC/DC.

Dan sekarang katup Tesla memberikan wawasan tentang struktur usus hiu yang tidak biasa, berkat tim peneliti yang berasal dari tiga universitas: CSU, Dominguez Hills; Universitas Washington; dan UC Irvine.

Hiu adalah predator puncak, memakan berbagai spesies, dan dengan demikian penting untuk mengendalikan keanekaragaman hayati di ekosistem yang lebih besar. Sebagian besar hiu memiliki usus spiral yang terdiri dari berbagai lipatan dalam jaringan usus, biasanya dalam salah satu dari empat konfigurasi dasar: kolumnar, gulungan, corong yang mengarah ke posterior, atau corong yang mengarah ke anterior. Keempat jenis usus ini biasanya digambarkan dalam sketsa 2D yang terbentang dalam dua dimensi setelah diseksi atau dicitrakan sebagai irisan dua dimensi melalui struktur tiga dimensi. Tapi itu tidak memberi para ilmuwan banyak wawasan tentang bagaimana struktur itu bekerja di tempat.

Tahun lalu, para peneliti Jepang merekonstruksi mikrograf bagian histologis dari spesies hiu kucing menjadi model tiga dimensi, yang menawarkan “sekilas yang menggiurkan tentang anatomi usus spiral tipe gulir,” menurut penulis makalah terbaru ini. Rekan penulis Adam Summers, dari Friday Harbor Labs University of Washington, dan rekan-rekannya memutuskan bahwa pemindaian CT mungkin mencapai sesuatu yang serupa, karena teknik ini melibatkan pengambilan serangkaian gambar sinar-x dari sudut yang berbeda dan kemudian menggabungkannya menjadi gambar 3D.

Diposting oleh : joker123