Konačno je objašnjena mehanika probijanja npr. kože
Osjećaj probijanja igle kroz kožu poznat je većini ljudi, pogotovo u posljednje vrijeme kad cijepljenje protiv COVID-19 uzima maha. Ali što se točno događa kada igla probuši kožu? Odgovor je otkriven u novom radu objavljenom nedavno u zborniku radova Journal of Mechanics and Physics of Solids.
Mattia Bacca, docent na Sveučilištu British Columbia, često traži odgovore u prirodnom svijetu kad se suoči s problemom strojarstva. Bioinspirirani inženjering pomogao je njemu, zajedno s kandidatom za doktorat, Stefanom Fregoneseom, kako bi odgovorili na prethodno nerazriješeno pitanje kako mehanika piercinga djeluje na mekim materijalima, poput kože.
"Rezanje je sveprisutno u našem preživljavanju i svakodnevnom životu. Kad žvačemo hranu, izrežemo tkivo kako bi postalo lakše probavljivo. Gotovo sve vrste u životinjskom carstvu evoluirale su sa sposobnošću rezanja tkiva za hranjenje i obranu pa su stoga stekle izvanredne morfološke i fizičke značajke kako bi ovaj proces bio učinkovit", objašnjava Bacca.
Bacca i Fregonese stvorili su mehaničku teoriju kako bi odredili kritičnu silu potrebnu za umetanje igle - ključni fenomen probijanja. Njihov rad pruža jednostavan, poluanalitički model za opisivanje procesa, od dimenzijskih argumenata do konačne analize.
Mehanizmi koji sudjeluju u rezanju mekog tkiva tek su zadnjih nekoliko desetljeća privukli pažnju u inženjerstvu, isprva istraživanjem svojstava gume. Prethodni pristupi određivali su silu potrebnu za umetanje igle u tkivo nakon početnog probijanja, koristeći fizičke eksperimente koji nisu mogli u potpunosti izmjeriti deformacije i složene mehanizme koji su uključeni u probijanje površine mekog materijala.
Suprotno tome, novi model koji su stvorili Fregonese i Bacca napokon može predvidjeti silu probijanja i to potvrditi prethodnim eksperimentima. Otkrili su da je sila umetanja igle proporcionalna žilavosti tkiva i skalira se obrnuto od radijusa igle - što znači da tanje igle zahtijevaju manje sile. Iako su oba opažanja intuitivna, pružala su kvantitativna predviđanja. Međutim, ono što je kontraintuitivno jest uloga krutosti materijala u ovom procesu. Čvrstoća tkiva skalira se obrnuto sa silom probijanja, s mekšim tkivom koje zahtijeva veću silu.
Njihov novi teorijski model može pomoći inženjerima u razvoju različitih stvari, poput zaštitne opreme, procesa automatizacije koji uključuju hranu i nove tehnologije robotske kirurgije. Također može utjecati na to kako će ljudi doživljavati injekcije u budućnosti, što je najvažnije za ljude koji su nedavno stali u redove za primanje cijepljenja protiv COVID-19.
Izvor: Science Direct