Mante i raže za bolje filtre za vodu

Filtarske hranilice su posvuda u životinjskom svijetu, od sićušnih rakova i određenih vrsta koralja i krila, do raznih mekušaca, barnakula, pa čak i golemih morskih pasa i usatih kitova.

Sada su inženjeri MIT-a otkrili da je jedan filtar za hranjenje evoluirao da prosijava hranu na načine koji bi mogli poboljšati dizajn industrijskih filtara za vodu.

U radu koji objavljenom u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences, tim opisuje mehanizam hranjenja filtrom mobule, obitelji vodenih raža koja uključuje dvije vrste manta i sedam raža. Raže Mobula hrane se plivajući otvorenih usta kroz područja oceana bogata planktonom i filtrirajući čestice planktona u jednjak dok im voda struji u usta i izlazi kroz škrge. 

Dno usta raže obloženo je s obje strane paralelnim češljastim strukturama, koje sifoniziraju vodu u škrge raže. Tim MIT-a pokazao je da dimenzije ovih ploča mogu omogućiti nadolazećem planktonu da se odbija cijelim putem preko ploča i dalje u šupljinu raže, umjesto da izlazi kroz škrge. Štoviše, škrge raže upijaju kisik iz vode koja istječe, pomažući raži da istovremeno diše dok se hrani. 

Kao dio svoje nove studije, tim je izradio jednostavan filter inspiriran zrakom mobula. Dizajn filtra je ono što inženjeri nazivaju "propustljivim kanalom", odnosno cijev s rupama na svojim stranama. U ovom slučaju kanal se sastoji od dvije ravne, prozirne akrilne ploče koje su zalijepljene na rubovima, s malim otvorom između njih kroz koji se može pumpati tekućina. Na jednom kraju kanala, istraživači su umetnuli 3D ispisane strukture koje podsjećaju na žljebaste ploče koje se protežu duž dna ušća raže mobule.

Tim je zatim pumpao vodu kroz kanal različitim brzinama, zajedno s bojom u boji kako bi vizualizirao protok. Snimili su slike preko kanala i uočili zanimljiv prijelaz. Pri sporim brzinama pumpanja, protok je bio "vrlo miran", a tekućina je lako klizila kroz utore u tiskanim pločama i izlazila u rezervoar. Kad su istraživači povećali brzinu pumpanja, tekućina koja je brže tekla nije proklizala, već se činilo da se kovitla na ušću svakog žlijeba, stvarajući vrtlog, sličan malom čvoru kose između vrhova zubaca češlja. 

"Ovaj vrtlog ne blokira vodu, ali blokira čestice", objašnjava autorica studije Anette "Peko" Hosoi, profesorica strojarstva na MIT-u. "Dok pri sporijem protoku čestice prolaze kroz filtar s vodom, pri većim brzinama protoka čestice pokušavaju proći kroz filtar, ali ih ovaj vrtlog blokira i umjesto toga bivaju izbačene niz kanal. Vrtlog je koristan jer sprječava istjecanje čestica."