นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ค้นพบว่า โครงสร้างจุลภาคของกระดูกเทอโรซอร์ (Pterosaur) อาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาวัสดุที่เบาและแข็งแกร่งขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ โดยใช้เทคนิค การถ่ายภาพเอกซเรย์ขั้นสูง (X-ray Computed Tomography) หรือ XCT เพื่อศึกษากระดูกฟอสซิลของสัตว์เลื้อยคลานบินยุคก่อนประวัติศาสตร์ในระดับที่ละเอียดด้วยการสร้างภาพ 3 มิติ อย่างไม่เคยมีมาก่อน
การวิเคราะห์พบว่ากระดูกของเทอโรซอร์ (Pterosaur) มีเครือข่ายท่อเล็ก ๆ ที่ซับซ้อนทำให้มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแรงเป็นพิเศษ โครงสร้างเหล่านี้ไม่ได้มีหน้าที่เพียงช่วยในการลำเลียงสารอาหารและการเจริญเติบโต แต่ยังช่วยป้องกันรอยแตกร้าวด้วยกลไกการเบี่ยงเบนรอยแตก ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่อาจถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการออกแบบวัสดุสำหรับเครื่องบินในอนาคต
สำหรับเทคโนโลยีของเครื่องบินปัจจุบันนั้นใช้โลหะผสม เช่น อะลูมิเนียมและไทเทเนียม ซึ่งมีโครงสร้างตันกว่ารูปแบบโครงสร้างของกระดูกเทอโรซอร์ (Pterosaur) แม้ว่าจะมีความพยายามออกแบบให้เป็นโครงสร้างมีลักษณะคล้ายรังผึ้งเพื่อลดน้ำหนัก แต่ยังไม่สามารถเทียบกับความซับซ้อนของโครงสร้างชีวภาพของกระดูกเทอโรซอร์ หรือแม้กระทั่งนกในยุคปัจจุบันได้
โดยการวิจัยครั้งนี้มีนาธาน พิลี (Nathan Pili, PhD Researcher) นักศึกษาระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ เป็นหัวหน้าคณะวิจัย เขาเปิดเผยรายละเอียดบางส่วนว่า "เราแทบไม่เคยหันกลับไปมองสายพันธุ์ที่สูญพันธุ์เมื่อต้องการหาแรงบันดาลใจทางวิศวกรรมใหม่ ๆ และเราควรทำสิ่งนั้น" นาธาน พิลี เชื่อว่าโครงสร้างกระดูกของเทอโรซอร์สามารถช่วยลดน้ำหนักเครื่องบิน ส่งผลให้ประหยัดพลังงานและเพิ่มความปลอดภัยในการบิน
เทอโรซอร์ (Pterosaur) เป็นสัตว์มีกระดูกสันหลังกลุ่มแรกที่สามารถบินได้ด้วยพลังของตัวเอง แม้ว่าในยุคแรกจะมีปีกกว้างเพียง 2 เมตร แต่ต่อมาได้วิวัฒนาการจนมีขนาดใหญ่ขึ้น โดยบางชนิดมีปีกกว้างถึง 10 เมตร โดยพวกมันต้องพัฒนาโครงสร้างทางกายภาพที่สามารถรับน้ำหนักปีกขนาดมหึมาได้โดยใช้เพียง นิ้วเดียวเพื่อพยุงเยื่อหุ้มปีก
ทีมวิจัยใช้การถ่ายภาพเอกซเรย์ขั้นสูง XCT สแกนกระดูกฟอสซิลด้วยความละเอียดระดับ 0.002 มิลลิเมตร ซึ่งช่วยสร้างแผนที่สามมิติของโครงสร้างภายในกระดูกได้อย่างแม่นยำ พบว่าเครือข่ายรูพรุนภายในกระดูกช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งโดยไม่เพิ่มน้ำหนัก ซึ่งคล้ายกับแนวคิดการออกแบบวัสดุที่ทันสมัย
ข้อมูลที่ได้จากการค้นพบครั้งนี้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการพัฒนาวัสดุสำหรับอากาศยานยุคใหม่ นักวิจัยชี้ว่า เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติ อาจช่วยทำให้แนวคิดนี้กลายเป็นความจริงได้ การออกแบบวัสดุโดยใช้แรงบันดาลใจจากโครงสร้างกระดูกเทอโรซอร์อาจนำไปสู่ วัสดุที่แข็งแกร่งขึ้น น้ำหนักเบาขึ้น และสามารถซ่อมแซมตัวเองได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่ออุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
"ธรรมชาติมีการพัฒนาการออกแบบผ่านกระบวนการคัดเลือกตามธรรมชาติมายาวนานกว่า 4 พันล้านปี เช่นเดียวกับวิศวกรที่ต้องกลั่นกรองวัสดุเพื่อหาวิธีแก้ปัญหาที่ดีที่สุด เราเชื่อว่าการศึกษาสิ่งมีชีวิตในอดีตจะช่วยปลดล็อกแนวทางใหม่ ๆ ในการพัฒนาวัสดุและเทคโนโลยีที่ยั่งยืนในอนาคต" ศาสตราจารย์ ฟิล แมนนิ่ง (Professor Phil Manning) นักวิจัยอาวุโสของโครงการวิจัยกล่าวเพิ่มเติม
อุตสาหกรรมการบินและอวกาศยังคงมุ่งหน้าสู่การพัฒนาวัสดุที่มีน้ำหนักเบาแต่แข็งแรงสูง เทอโรซอร์ซึ่งเป็น "เครื่องบินชีวภาพ" ของธรรมชาติ อาจเป็นแรงบันดาลใจที่นำไปสู่เทคโนโลยีการบินที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยมากขึ้นในศตวรรษที่ 21
สรุปข่าว
