Det er ikke hver dag, at en dykkerferie baner vejen for en mulig teknologisk innovation, langt mindre en, der involverer ørevoks. Alligevel er det netop, hvad der skete for Alexis Noel.
Den maskintekniske ph.d.-kandidat ved Georgia Institute of Technology beskrev hendes dykningstur, hendes kærestes efterfølgende vandstopede øre og den skyldige - ørevoks - der holdt vandet fanget bag hans trommehind til hendes professor, David Hu. På kort tid var de to involveret i detaljerede diskussioner om det klæbrige stof.
Så ramte det: Hvad mere kan man lære af ørevoks?
Fortrolig forklarer Noel, at det voksagtige materiale kontinuerligt "stresses og formes" til forskellige former på grund af kæbebevægelser, der tvinger øregangen til at vende mellem oval og rund form. Disse ændringer sprækker i sidste ende ørevoks, hvilket til sidst får den til at falde ud af dit øre (om end i små, næppe synlige stykker).
Når det kommer til ørevoks evne til at filtrere støvpartikler, siger hun, at det filtrerer støv, inden det går ud af øret. Denne proces begynder, når ørevoks belægger ørehår og skaber en weblignende struktur. Denne struktur, forklarer hun, findes "meget sandsynligt" inde i alle pattedyrs ører og spiller en rolle i støvopsamling.
”Når luft cirkulerer ind og ud af øret, bliver støvpartikler fanget af den klæbrige væske, ” siger Noel. Ørevoks bliver til sidst mættet med støv, hvilket får det til at brud og falde ud af øret.
Folk reserverer typisk ørevoks til bomuldspinde. Men Noel spekulerede på, kunne der være praktisk brug uden for øregangen?
”Jeg ser for mig hjemmefiltrering, ” siger Noel om en mulig anvendelse, der henviser til vekselstrømsenheder og bærbare luftfiltre. ”Et ørevokslignende filter kan vare længere end det traditionelle mesh-filter.”
Hun og hendes daværende bachelorforsker Zac Zachow begyndte at undersøge væskeegenskaberne hos ørevoks fra svin, hund, får og kanin. At studere dyrevørvoks, i stedet for menneske, betød at undgå de store mængder papirarbejde, der kræves til sidstnævnte, så de kunne komme så meget hurtigere i arbejde. Deres forventning var, at fluidegenskaberne ville svinge mellem hvert dyr, men hvad de opdagede var overraskende.
Alexis Noel og hendes team indsamlede og studerede ørevoksprøver fra forskellige dyr. (A. Noel, Z. Zachow og D. Hu, Georgia Tech) ”Vi indsamlede prøver fra døde dyr fra et andet laboratorium i samarbejde med Georgia Tech, ” siger Noel. Hun forklarer, at deres ørevoksviskositet var „nøjagtigt den samme, uanset om det var fra en lille kanin eller en stor gris. Væskeegenskaberne var identiske. ”Uanset forureningen (fæces, snavs, støv osv.) Fortsatte ørevoks med at strømme inden i øret.
Noel fandt det interessant, at et stort dyrs ørevoks har de samme egenskaber som et mindre, men hun var ikke helt overrasket, idet væsker som slim eller blod typisk forbliver konsistente på tværs af dyr.
Nu bevæbnet med information om ørevoks væskeegenskaber, planlægger Noel at vurdere ørevoks maksimale støvholdekapacitet - både mennesker og dyr. Hun er nysgerrig efter "hvor meget støv der kræves for at komme til den smuldrende tilstand."
Derefter kommer udtræk af data. ”Vi vil se på brudspunktet for ørevoksprøver med forskellige koncentrationer af støv, ” forklarer hun. ”Vi vil tilføje støv til ørevoksprøver, observere, om der opstår brud, og kortlægge brudspunktet kontra støvkoncentration.” Noel tilføjer, at dette kan give information om levetiden for fremtidige filtreringssystemer.
Menneskeligt ørevoks er effektivt til at samle støv, fordi det skaber en bane omkring ørehår. (A. Noel, Z. Zachow og D. Hu, Georgia Tech) Med igangværende forskning er negling af potentielle applikationer på dette tidspunkt noget for tidligt, forklarer Noel. Hun forestiller sig fortsat et hjemmeluftfiltreringssystem, der indeholder et ørevokslignende stof optimeret til maksimal støvkapacitet og brudspunkter. Stadig drejer hendes hjul sig. Som en ivrig pladsfan, siger hun, at hun ville "elske, at den anvendes til noget rum" -program en dag.
Beth Rattner, administrerende direktør for Missoula, Montana-baserede Biomimicry Institute, var glad for at lære af Noels forskning.
”Vi er altid glade for at høre om forskeres engagement i nye forskningsmuligheder og hvordan de kan inspirere til kreative, mere bæredygtige teknologier, ” siger Rattner. ”Det er især fascinerende, at dette involverer ørevoks, noget som vi alle lever med hver dag, men sjældent tænker over. Forhåbentlig vil vi en dag fortælle vores læsere på AskNature.org om højteknologiske luftfiltre inspireret af ørevoks sammen med vandfiltre inspireret af hvalbaleen og akvaporinproteiner. ”
AskNature.org er et Biomimicry Institute-websted, der giver lokalsamfundet mulighed for at finde, sammenstille og skabe bæredygtige designstrategier og løsninger, som alle er inspireret af naturen.
Over ved Biomimicry 3.8 - Instituttets søsterorganisation - Mark Dorfman har arbejdet som biomimikekemiker i 10 år. Noels ørevoksforskning får ham til at tænke på vandmænd, på alle ting.
Når maneter pumper deres kroppe, forklarer han, genererer de hvirvler, der skaber en bestemt strøm. Dette kan betyde, at fremtidige støvfiltreringssystemer muligvis kan involvere ophængte stingerlignende rør, der fungerer sammen med ørevokslignende stoffer, alt sammen i et forsøg på at rette, opsamle og filtrere partikler korrekt.
Dorfman er også fascineret af ørevoks smuldrende egenskaber, som han mener kan have en potentiel kommerciel værdi.
”Industrielle processer er ofte kontinuerlige snarere end batch, så at lukke operationer til rene filtreringssystemer er noget, som driftsledere prøver at undgå, ” siger han. ”Derfor har ideen om klæbrige stoffer, der fanger luftbårne partikler, ikke ofte været en ønskelig mulighed for at forfølge. Hvis det klæbrige stof imidlertid ændrer dets egenskaber ved mætning med partikler, så det falder af det weblignende underlag, det var bundet til, tror jeg, det kan være af fornyet interesse som en levedygtig løsning. ”
Dorfmans hjul roterer også.
”Måske kan der være et system, hvor et ørevokslignende stof blev påført i lag, så når overfladelaget bliver mættet og falder af, udsættes et nyt, nyt partikelindfangende lag, ” siger han. ”Jeg er stadig forbløffet over, at naturen altid afslører overraskende nye strategier til inspirerende løsninger på moderne industrielle udfordringer.”
For Noel slutter ikke søgen efter løsninger i naturen ved ørevoks. Hun har udforsket kattetunger. Noel var endda heldig at observere en tiger tunge, en omstændighed, der opstod efter at Atlanta Zoo's tiger, Kavi, døde sidst på året.
Kattetunger er dækket af fleksible rygsøjler, der griber fat i floker i pelsen og driller dem fra hinanden. Undersøgelse af punkteringskræfter kommer i spil med alt dette, siger Noel.
”Vi ser for os en slags unik detangling, let rengøringsbørstepåføring, der kommer fra dette kattetung arbejde, ” siger Noel. ”Jeg kan godt forestille mig en børste til mennesker eller kæledyr, men vi vil også undersøge alternative applikationer som tæpperensningsteknologier.”
Al denne undersøgelse er bestemt mildt sagt interessant. Hvor går det herfra?
Lad os bare sige, at vi helt sikkert holder øre for fremtidige detaljer.
