این تیراندازان بال شیشه‌ای را تماشا کنید که حباب‌های ادرار را با منجنیق مقعدی پرت می‌کنند
این «مکانیسم ابر پیشرانه» می‌تواند به حذف آب از گوشی‌های هوشمند، ساعت‌ها کمک کند.
تیزبردار با بال‌های شیشه‌ای مقادیر زیادی آب می‌نوشد و در نتیجه اغلب ادرار می‌کند و هر روز 300 برابر وزن بدن خود ادرار دفع می‌کند. تیراندازان تیزبر به جای تولید یک جریان ثابت ادرار، قطرات ادرار را در مقعد تشکیل می دهند و سپس آن قطرات را با سرعت قابل توجهی از بدن خود دور می کنند و شتاب آنها 10 برابر سریعتر از یک لام
نوعی برگی‌زن، تیرانداز بال‌های شیشه‌ای (Homalodisca vitripennis) از نظر فنی یک آفت کشاورزی است که به‌ویژه از دهه 1990 آفت شراب‌سازان کالیفرنیایی را به همراه داشت. از بسیاری از گونه های گیاهی (از جمله انگور) تغذیه می کند، آوند چوبی گیاه را (که آب را از ریشه به ساقه و برگ می رساند) با دهان سوزنی مانند خود سوراخ می کند تا شیره آن را بمکد. حشرات شیره زیادی مصرف می کنند و تکرر ادرار آنها به نوبه خود انرژی زیادی مصرف می کند، زیرا به دلیل اندازه کوچک و ویسکوزیته شیره و کشش سطحی منفی آن (به طور طبیعی به داخل مکیده می شود). اما شیره آن تقریباً 95 درصد آب است، بنابراین محتوای مغذی زیادی وجود ندارد که بتواند این همه ادرار کردن را تقویت کند.
«اگر فقط لیموناد رژیمی می‌نوشیدید و این تمام رژیم غذایی شما بود، واقعاً این کار را نمی‌کردید. سعد بهملا، یکی از نویسندگان جورجیا تک، به New Scientist گفت: می خواهید انرژی را در هر بخشی از فرآیند بیولوژیکی خود هدر دهید. "برای این ارگانیسم کوچک اینطور است."
Enlarge / The glassy تیرانداز بالدار Georgia Tech Bhamla و همکارانش از تصویربرداری با سرعت بالا برای مطالعه دینامیک تیراندازهای تیزپرواز با بال شیشه ای در آزمایشگاه استفاده کردند: پنج حشره، 22 قطره ادرار بیرون زده. کلید پر کردن ادرار چیزی به نام قلم مقعدی است و تیم تحقیقاتی سه مرحله مجزا از ادرار را مشاهده کردند. ابتدا قلم می‌چرخد تا حباب ادرار را خارج کند. هنگامی که قلم به اندازه معینی می رسد، در حدود 80 میلی ثانیه، قلم کمی بیشتر می چرخد و اساساً قطره را به صورت فنری بارگذاری می کند. در نهایت، قلم یک چرخش سریع دیگر را انجام می دهد تا قطرات ادرار را دور کند. قطرات می توانند 40 درصد سریعتر از قلم حرکت کنند (یعنی در رژیم ابرپیشران). به اندازه کافی حشرات داشته باشید که این کار را همزمان انجام دهند و شما "باران شاخک برگ" خواهید داشت.
تبلیغاتنویسندگان خاطرنشان می کنند که فیزیک پرتابه های الاستیک (مانند قطره ادرار) به خوبی شناخته شده است و به زمان بندی متوالی و برخی موارد نیاز دارد. همگام سازی بین محرک و پرتابه به منظور بهینه سازی انتقال انرژی و به دست آوردن بهترین نیروی محرکه. به طور خاص، نویسندگان نوشتند: «این گونه پیشرانه های ضد شهودی تنها در پرتابه های الاستیک (مانند قطره آب) با تنظیم دقیق فرکانس ارتعاشی محرک زیرین با فرکانس طبیعی پرتابه به دست می آیند.
Bhamla استفاده تیزبردار از قلم مقعدی خود را به پرش غواصی از روی تخته غواصی تشبیه کرد. مدل‌های نویسندگان نشان داد که استفاده از این مکانیسم ابر پیشرانه، چهار تا هشت برابر انرژی کمتری نسبت به تولید یک جریان ادرار صرف می‌کند. به عنوان یک مزیت اضافی، پرتاب کردن ادرار آنها دورتر باعث می‌شود که تیزترها توسط شکارچیانی مانند زنبورهای انگلی شناسایی شوند.
بزرگنمایی / نمای نزدیک از قلم مقعدی که برای پرتاب قطرات ادرار استفاده می شود. گرجستان فناوری و نه تیزتر تنها نوع حشره ای نیست که از این نوع استفاده می کند. استراتژی دفع؛ طبیعت به گفته نویسندگان، «تیراندازان، سوسو زدن های لب به لب» و «پرتاب کننده ها» زیادی دارد. به عنوان مثال، لاروهای کاپیتان دارای چفت هایی بر روی صفحات مقعدی خود هستند و می توانند فشار خون خود را برای دفع گلوله های جامد افزایش دهند، در حالی که برخی از گونه های نوکتوئید (خانواده پروانه ها) گلوله ها را با پاهای سینه ای خود دور می کنند. اما این اولین باری است که ابر پیشرانه در یک موجود زنده مشاهده می شود.
"در هسته خود، ابر پیشرانه دروازه ای برای به حرکت درآوردن یک پرتابه الاستیک سریعتر از حداکثر سرعت محرک آن از طریق تنظیم زمانی فراهم می کند و می تواند به عنوان یک سیستم تشدید تک شات مشاهده می شود،" نویسندگان نتیجه گرفتند. برای سیستم‌های فیزیکی تحت تسلط نیروهای کشش سطحی، ابر پیشرانه مکانیزمی مبتکرانه ارائه می‌کند که از طریق آن می‌توان این نیروی بازدارنده را به عنوان فنر مهار کرد.» کاربردهای احتمالی شامل حذف موثر قطرات آب از وسایل الکترونیکی کم مصرف مانند ساعت‌های هوشمند، و همچنین سیستم‌های خود تمیز شونده برای وسایل الکترونیکی پوشیدنی، و سیستم‌های مه‌زدایی برای عینک‌ها و عینک‌ها است.
DOI: Nature Communications، 2023. 10.1038/s41467-023-36376-5 (درباره DOI).
تصویر فهرست شده توسط Georgia Tech
