Det er ikke hver dag at en dykkerferie baner vei for en mulig teknologisk innovasjon, mye mindre en som involverer ørevoks. Likevel, det var nettopp det som skjedde for Alexis Noel.
Doktorgradsdirektøren i maskiningeniør ved Georgia Institute of Technology beskrev hennes dykkingstur, kjærestens påfølgende vannstoppede øre og den skyldige - ørevoks - som holdt vannet fanget bak trommehinnen til hennes professor, David Hu. På kort tid var de to involvert i detaljerte diskusjoner om det klebrig stoffet.
Så slo det til: Hva mer kan man lære av ørevoks?
Fortrolig forklarer Noel at det voksagtige materialet kontinuerlig "stresses og formes" til forskjellige former på grunn av kjevebevegelser som tvinger ørekanalen til å vende mellom ovale og runde former. Disse endringene brukker til slutt ørevoksen, og fører til slutt til at det faller ut av øret (om enn i små, knapt synlige stykker).
Når det gjelder ørevoks evne til å filtrere støvpartikler, sier hun at det filtrerer støv godt før det går ut av øret. Denne prosessen begynner når ørevoks belegger ørehår og skaper en nettlignende struktur. Denne strukturen, forklarer hun, er "veldig sannsynlig" funnet i alle pattedyrs ører og spiller en rolle i støvsamlingen.
"Når luft sirkulerer inn og ut av øret, blir støvpartikler fanget av den klebrig væsken, " sier Noel. Ørevoksen blir etter hvert mettet med støv, og får den til å brudd og falle ut av øret.
Folk reserverer vanligvis ørevoks for bomullspinner. Men Noel lurte på, kan det være praktisk bruk for det utenfor øregangen?
"Jeg ser for meg hjemmeluftfiltrering, " sier Noel om en mulig applikasjon, og refererer til AC-enheter og bærbare luftfilter. "Et ørevokslignende filter kan vare lenger enn det tradisjonelle nettet."
Hun og hennes daværende bachelor-forsker Zac Zachow begynte å undersøke væskeegenskapene til ørevoks av svin, hund, sau og kanin. Å studere ørevoks til dyr, i stedet for mennesker, betydde å unngå de store mengder papirarbeid som kreves for sistnevnte, slik at de kunne komme så mye arbeid i arbeid før. Deres forventning var at væskeegenskapene skulle svinge mellom hvert dyr, men det de oppdaget var overraskende.
Alexis Noel og hennes team samlet og studerte ørevoksprøver fra forskjellige dyr. (A. Noel, Z. Zachow og D. Hu, Georgia Tech) "Vi samlet prøver fra døde dyr fra en annen lab i tilknytning til Georgia Tech, " sier Noel. Hun forklarer at ørevoksviskositeten var “nøyaktig den samme enten det var fra en liten kanin eller en stor gris. Væskeegenskapene var identiske. ”Uansett forurensning (avføring, smuss, støv, etc.) fortsatte ørevoks å strømme inn i øret.
Noel synes det var interessant at ørevoks for et stort dyr har de samme egenskapene som et mindre, men hun var ikke helt overrasket, med tanke på at væsker som slim eller blod vanligvis forblir konsistente på tvers av dyr.
Nå bevæpnet med informasjon om ørevoks væskeegenskaper, planlegger Noel å vurdere den maksimale støvholdekapasiteten til ørevoks - både mennesker og dyr. Hun er nysgjerrig på "hvor mye støv som kreves for å komme til den smuldrende tilstanden."
Deretter kommer utvinning av data. "Vi vil se på bruddspunktet for ørevoksprøver med varierende støvkonsentrasjoner, " forklarer hun. "Vi vil legge til støv i ørevoksprøver, se på om brudd oppstår og plotte bruddpunktet kontra støvkonsentrasjon." Noel legger til at dette kan gi informasjon om levetiden til fremtidige filtreringssystemer.
Menneskelig ørevoks er effektiv til å samle støv fordi det skaper en bane rundt ørehår. (A. Noel, Z. Zachow og D. Hu, Georgia Tech) Når forskningen pågår, er negling av potensielle applikasjoner på dette tidspunktet noe for tidlig, forklarer Noel. Hun fortsetter å se for seg et hjemmeluftfiltreringssystem som inneholder et ørevokslignende stoff optimalisert for maksimal støvkapasitet og bruddpunkter. Likevel snurrer hjulene hennes. Som en ivrig romfans, sier hun at hun vil "elske at den skal brukes på noe rom" -program en dag.
Beth Rattner, administrerende direktør for Missoula, Montana-baserte Biomimicry Institute, var glad for å lære om Noels forskning.
"Vi er alltid glade for å høre om forskernes involvering med nye forskningsmuligheter og hvordan de kan inspirere til kreative, mer bærekraftige teknologier, " sier Rattner. “Det er spesielt fascinerende at dette innebærer ørevoks, noe vi alle lever med hver dag, men sjelden tenker på. Forhåpentligvis vil vi en dag fortelle leserne våre på AskNature.org om høyteknologiske luftfiltre inspirert av ørevoks, sammen med vannfiltre inspirert av hvalbaleen og akvaporinproteiner. ”
AskNature.org er et nettsted for Biomimicry Institute som lar samfunnet finne, samle og lage bærekraftige designstrategier og løsninger, som alle er inspirert av naturen.
Over på Biomimicry 3.8 - Instituttets søsterorganisasjon - Mark Dorfman har jobbet som biomimikerkjemiker i 10 år. Noels ørevoksforskning får ham til å tenke på maneter, på alle ting.
Når maneter pumper kroppene sine, forklarer han, genererer de virvler som skaper en spesifikk flyt. Dette kan bety at fremtidige støvfiltreringssystemer kanskje kan innebære opphengte stingerlignende rør, som fungerer i takt med ørevokslignende stoffer, alt i et forsøk på å rette, fange opp og filtrere partikler på riktig måte.
Dorfman er også fascinert av ørevoks smuldrende egenskaper, som han mener kan ha en viss potensiell kommersiell verdi.
"Industrielle prosesser er ofte kontinuerlige, snarere enn batch, så å stenge driften for å rense filtreringssystemer er noe driftsledere prøver å unngå, " sier han. “Derfor har ideen om klebrig stoffer som fanger luftbårne partikler ikke ofte vært et ønskelig alternativ å forfølge. Imidlertid, hvis det klebrige stoffet endrer egenskaper ved metning av partikler slik at det faller av det weblignende underlaget det var festet til, tror jeg det kan være av fornyet interesse som en levedyktig løsning. "
Dorfmans hjul snurrer også.
"Det kan være et system der et ørevokslignende stoff ble påført i lag, slik at når overflatelaget blir mettet og faller av, blir et friskt, nytt partikkelfangende lag utsatt, " sier han. "Jeg er fortsatt forbløffet over at naturen alltid avslører overraskende nye strategier for inspirerende løsninger på moderne industrielle utfordringer."
For Noel slutter ikke søket etter løsninger i naturen på ørevoks. Hun har undersøkt kattetunger. Noel var til og med heldig å observere en tiger tunge, en omstendighet som oppsto etter at Atlanta Zoo's tiger, Kavi, døde sent i fjor.
Kattetunger er dekket av fleksible pigger som tar tak i floker i pelsen og driller dem fra hverandre. Studie av punkteringskrefter kommer i spill med alt dette, sier Noel.
"Vi ser for oss en slags unik løsgjøring, lett rengjøring av børsteprøver for å komme fra dette kattemålsarbeidet, " sier Noel. "Jeg kan tenke meg en pensel til mennesker eller kjæledyr, men vi vil også se på alternative bruksområder som tepperensingsteknologier."
All denne forskningen er absolutt interessant, mildt sagt. Hvor går det herfra?
La oss bare si at vi definitivt holder øre for fremtidige detaljer.
