BAGIKAN
[Wikimedia]

Jika kita membalikkan punggung seekor lobster, kita akan melihat bahwa bagian bawah dari ekornya terbagi menjadi beberapa bagian yang dihubungkan oleh semacam membran tembus pandang yang kelihatanya rapuh.

Namun, para peneliti telah menemukan bahwa membran tipis yang lunak ini sangatlah kuat. Terdiri dari struktur mikroskopis, yang berlapis-lapis seperti kayu lapis, yang membuatnya sangat tahan terhadap goresan dan pemotongan. Film yang sangat kuat ini melindungi perut lobster saat hewan itu melesat melintasi dasar lautan yang berbatu.

Membran ini juga bisa melar sampai derajat tertentu, yang memungkinkan lobster menggerakkan ekornya ke depan dan belakang, dan menyulitkan bagi pemangsa untuk melahapnya melalui ekor atau memisahkannya.

Fleksibilitas ini mungkin berasal dari kenyataan bahwa membran tersebut adalah hidrogel alami, terdiri dari 90 persen air. Kitin, bahan berserat yang ditemukan pada kebanyakan cangkang dan exoskeleton, membentuk sebagian besar sisanya.

Hasil tim menunjukkan bahwa membran lobster adalah bahan terberat dari semua hidrogel alami, termasuk kolagen, kulit binatang, dan karet alam. Membran ini sekuat komposit karet industri, seperti yang digunakan untuk membuat ban mobil, selang taman, dan ban kendaraan.

Selaput lobster yang keras namun melar bisa dijadikan sebagai panduan desain untuk membuat pelindung tubuh yang lebih fleksibel, terutama untuk bagian tubuh yang sangat mobile, seperti siku dan lutut.

“Kami pikir pekerjaan ini dapat memotivasi desain baju pelindung yang fleksibel,” kata Ming Guo, dari MIT. “Jika Anda bisa membuat baju pelindung dari bahan jenis ini, Anda bisa menggerakkan persendian secara leluasa, dan itu akan membuat Anda merasa lebih nyaman.”

Makalah lengkap yang merinci hasil tim muncul di jurnal Acta Materialia. Rekan penulis Guo adalah Jinrong Wu dan Hao Zhang dari Universitas Sichuan, Liangliang Qu dan Fei Deng dari Universitas Harvard, dan Zhao Qin dari MIT, penulis senior lain dari makalah ini.

“Ketika lobster berenang, mereka meregangkan dan menggerakkan persendiannya dan membalikkan ekornya dengan sangat cepat saat melarikan diri dari pemangsanya,” kata Guo.

Mereka menyimpan sebagian sampel di dalam air garam untuk meniru lingkungan laut secara alami. Dengan beberapa sampel ini, mereka melakukan pengujian mekanis, menempatkan setiap membran dalam sebuah mesin yang meregangkan sampel, sambil secara tepat mengukur gaya yang diberikan. Mereka mengamati bahwa membran pada awalnya lentur dan mudah diregangkan, hingga mencapai sekitar dua kali panjang awalnya, di mana bahan mulai mengeras dan menjadi semakin keras dan lebih tahan terhadap peregangan.

“Ini cukup unik untuk sebuah biomaterial,” catat Guo. “Pada kebanyakan hidrogel tangguh yang lainnya, semakin kuat Anda melakukan peregangan, maka akan semakin lembut. Perilaku yang menegangkan otot ini bisa membuat lobster bergerak dengan fleksibel, tetapi ketika sesuatu yang buruk terjadi, mereka dapat mengeraskan dan melindungi diri mereka sendiri. ”

Saat lobster berjalan melintasi dasar laut, lobster dapat terkikis oleh bebatuan dan pasir yang abrasif. Para peneliti bertanya-tanya seberapa tangguh membran lobster terhadap goresan dan luka kecil. Mereka menggunakan pisau bedah kecil untuk menggores sampel dari membran, kemudian meregangkannya dengan cara yang sama seperti membran utuh.

“Kami membuat goresan untuk meniru apa yang mungkin terjadi ketika mereka bergerak melalui pasir, misalnya,” Guo menjelaskan. “Kami bahkan memotong setengah dari ketebalan membran dan menemukannya masih bisa direntangkan sama jauhnya. Jika Anda memperlakukannya pada komposit karet, itu akan pecah. ”

Apa yang mereka amati adalah struktur yang sangat mirip dengan kayu lapis. Setiap membran, berukuran sekitar seperempat milimeter, terdiri dari puluhan ribu lapisan. Satu lapisan mengandung serat kitin dalam jumlah yang tak terhingga, menyerupai filamen jerami, semuanya berorientasi pada sudut yang sama, tepatnya 36 derajat diimbangi dari lapisan serat di atas.

Dipimpin oleh Qin, tim juga melakukan simulasi untuk melihat bagaimana membran lobster akan bereaksi terhadap potongan sederhana jika serat kitinnya sejajar seperti kayu lapis, dibandingkan dengan orientasi yang sepenuhnya acak. Untuk melakukan ini, mereka terlebih dahulu mensimulasikan serat kitin tunggal dan menetapkannya sifat mekanik tertentu, seperti kekuatan dan kekakuan. Mereka kemudian mereproduksi jutaan serat ini dan merakitnya menjadi struktur membran yang terdiri dari serat acak atau lapisan serat berorientasi tepat, mirip dengan membran lobster yang sebenarnya.

“Sungguh menakjubkan memiliki platform yang memungkinkan kita untuk langsung menguji dan menunjukkan bagaimana serat kitin identik menghasilkan sifat mekanik yang sangat berbeda begitu mereka dibangun ke dalam berbagai arsitektur,” kata Qin.

“Dalam membran acak, tekanannya sama, dan ketika Anda merentangkannya, ia cepat retak,” kata Guo. “Dan kami menemukan struktur berlapis lebih terbentang tanpa patah.”

Selain pelindung tubuh yang fleksibel, Guo mengatakan bahan yang dirancang untuk meniru membran lobster bisa berguna dalam robotika lunak, serta rekayasa jaringan. Jika ada, hasilnya memberi penerangan baru tentang kelangsungan hidup salah satu makhluk paling tangguh di alam.

“Kami pikir struktur membran ini bisa menjadi alasan yang sangat penting mengapa lobster hidup selama lebih dari 100 juta tahun di Bumi,” kata Guo. “Entah bagaimana, toleransi patah tulang ini benar-benar membantu mereka dalam evolusi mereka.”

SUMBERMassachusetts Institute of Technology
BAGIKAN