Βιομιμητισμός: με βεντούζες σαν χταπόδι ή γλυστερός σαν φύλλο λωτού; Teach article

Μετάφραση από Χαρίλαο Μέγα (Charilaos Megas). Οι Astrid Wonisch, Margit Delefant και Marlene Rau παρουσιάζουν δύο δραστηριότητες που αναπτύχθηκαν από το αυστριακό έργο ‘Naturwissenschaft und Technik zum…

Βεντούζες χταποδιών
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
chang / iStockphoto

Το 2004, η Alice Pietsch από το Πανεπιστήμιο Εκπαίδευσης Δασκάλων Styriaw1, Αυστρία, εμπνεύστηκε από μία απλή αλλά εντυπωσιακή επίδειξη σε ένα μουσείο επιστημών. Ένας συνταξιούχος καθηγητής επιστημών χρησιμοποιούσε ένα φυσερό για να εισάγει αέρα σε δύο πνεύμονες προβάτου, φουσκώνοντας και ξεφουσκώνοντάς τους ρυθμικά. Ο κόσμος γύρω του ήταν πολύ περισσότερος σε σχέση με τα άλλα πιο τεχνολογικά εκθέματα – που είναι αυτό που έκανε την Alice να δημιουργήσει ένα διαδραστικό μουσείο επιστημών.

Το 2008, το όνειρό της έγινε πραγματικότητα. Για πέντε μήνες, φοιτητές στο Styria όλων των ηλικιών ανέπτυξαν 50 διαφορετικές δραστηριότητες για άλλους φοιτητές. Η έκθεση Naturwissenschaft und Technik zum Angreifen (‘Επιστήμη και τεχνολογία για άγγιγμα’) έγινε το 2009 στο Haus der Wissenschaft (‘Οίκος επιστημών’) στο Graz, Αυστρία, όπου οι φοιτητές και οι καθηγητές τους βοηθούσαν τους επισκέπτες με κάθε δραστηριότητα. Ήταν μεγάλη επιτυχία.

Ένα φύλλο λωτού
επιδεικνύοντας τις
υδροφοβικές ιδιότητές του

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
tanakawho; πηγή εικόνας:
Flickr

Οι περισσότερες δραστηριότητες από την έκθεση μπορούν να γίνουν στην τάξη. εδώ παρουσιάζουμε δύο δραστηριότητες για το βιομιμητισμό – την εφαρμογή αρχών από τη φύση στη μηχανική και τεχνολογία. Το βέλκρο, που μιμείται τους αγκυλωτούς σπόρους της κολλιτσίδας, και ο σκελετός πλοίων, που μιμείται το παχύ δέρμα των δελφινιών, είναι κοινά παραδείγματα. Οι παρακάτω δραστηριότητες αφορούν τις βεντούζες και την υπερυδροφοβικότητα, που απαντώνται στη φύση. Οι δραστηριότητες αναπτύχθηκαν για μαθητές δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης (ηλικίας 10-15), αλλά μπορούν να προσαρμοστούν για μαθητές οποιασδήποτε ηλικίας και είναι ένας καλός τρόπος διδασκαλίας για φυσική, χημεία και βιολογία. Ανάλογα με το πόση λεπτομέρεια θέλετε, οι δραστηριότητες μπορούν να διαρκέσουν από πέντε λεπτά μέχρι πάνω από μία ώρα.

Η πλήρης συλλογή δραστηριοτήτων της έκθεσης είναι διαθέσιμη σε έντυπη μορφή στα Γερμανικά από τη Birgit Muhr (birgit.muhr@phst.at) στα €19 συν έξοδα αποστολής.

Προσκόλληση σε επίπεδες επιφάνειες: αρνητική πίεση

Ένας βάτραχος δέντρων
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Nickodemo; πηγή εικόνας:
Flickr

Η έμπνευση για τις βεντούζες που χρησιμοποιούμε στο σπίτι προέκυψε από τα πέλματα των βατράχων των δέντρων και τα πλοκάμια των χταποδιών, των οποίων η δύναμη προσκόλλησης ήταν γνωστή στους αρχαίους Έλληνες.

Χρησιμοποιούμε τις βεντούζες σε επίπεδες επιφάνειες – για την τοποθέτηση γάντζων στα πλακάκια του μπάνιου ή για τη σταθεροποίηση των οικιακών συσκευών και στα πατάκια της μπανιέρας ή στα παιδικά παιχνίδια με βελάκια.

Αν παρατηρήσετε μία βεντούζα, θα διαπιστώσετε ότι είναι ελαφρά κοίλη. Μήπως αυτή η κοίλη επιφάνεια είναι σημαντική για την ικανότητα προσκόλλησης; Και γιατί πρέπει να βρέξουμε τις βεντούζες προτού τις χρησιμοποιήσουμε; Ας δούμε.

Υλικά

  • 4 βεντούζες (βεβαιωθείτε ότι μπορείτε να τοποθετήσετε σπάγγο σε αυτές)
  • Μία μικρή σέγα
Μία σέγα
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
EddWestmacott / iStockphoto
  • Ένα κοντάρι 50 cm, διαμέτρου περίπου 3-4 cm (οι μαθητές πρέπει να μπορούν να τυλίξουν τα δάκτυλά τους γύρω του εύκολα)
  • Τέσσερα κομάτια δυνατού σπάγγου 50 cm
  • Ψαλίδι
  • Ένα κομμάτι πλαστικού (περίπου 1 x 1 m)
  • Έναν ανεξίτηλο μαρκαδόρο

Διαδικασία

  1. Με τη σέγα κάντε τέσσερις εγκοπές στο κοντάρι που να ισαπέχουν μεταξύ τους.
  1. Δέστε ένα κομμάτι σπάγγο σε καθεμιά από τις τέσσερις βεντούζες.
  1. Δέστε τα άλλα άκρα του σπάγγου στις τέσσερις εγκοπές του κονταριού. Σιγουρευτείτε ότι τα τέσσερα κομμάτια σπάγγου έχουν το ίδιο μήκος.
Προετοιμασία της
δραστηριότητας
προσκόλλησης.
Εναλλακτικά, μπορείτε να
χρησιμοποιήσετε μία
βεντούζα και ένα μικρότερο
κοντάρι (βλέπε πίσω μέρος
εικόνας)

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
PHSt Archiv
  1. Τοποθετήστε το πλαστικό στο πάτωμα και σχεδιάστε με το μαρκαδόρο τέσσερις κύκλους για τις βεντούζες σε ευθεία γραμμή. Εκατέρωθεν της γραμμής, σχεδιάστε ένα αποτύπωμα (βλέπε εικόνα δεξιά).
  2. Πιέστε τις βεντούζες στους τέσσερις κύκλους.
  3. Επαναλάβετε το πείραμα, βρέχοντας τις βεντούζες προτού τις βάλετε στο πλαστικό. Τι παρατηρείτε;
  4. Σταθείτε πάνω στα αποτυπώματα και προσπαθήστε να αποκολλήσετε τις βεντούζες από το πλαστικό τραβώντας το κοντάρι.
  5. Τι συμβαίνει στην καμπυλότητα των βεντουζών όταν προσκολλώνται στο πλαστικό;

Συζήτηση

Όταν πιέζετε τη βεντούζα στο πλαστικό, μειώνετε την καμπυλότητά της, ελαττώνοντας τον όγκο του χώρου μεταξύ βεντούζας και πλαστικού και απομακρύνοντας ένα τμήμα του αέρα που βρισκόταν εκεί. Όταν σταματήσετε την άσκηση πίεσης, η ελαστική βεντούζα τείνει να επανέλθει στην αρχική κοίλη μορφή της. Ο όγκος μεταξύ βεντούζας και πλαστικού αυξάνεται ξανά, αλλά υπάρχει λιγότερος αέρας πια, επομένως και μικρότερη ατμοσφαιρική πίεση. Η υψηλότερη πίεση του αέρα έξω από τη βεντούζα την κρατάει προσκολλημένη στο πλαστικό.

Μπορείτε να υπολογίσετε τη δύναμη της βεντούζας ως εξής:

F = AP, όπου F: δύναμη, Α: επιφάνεια, P: πίεση.

Η επιφάνεια είναι πr2 όπου r η ακτίνα της βεντούζας. Η πίεση στο χώρο μεταξύ βεντούζας και πλαστικού είναι μηδαμινή σε σχέση με την ατμοσφαιρική πίεση, που είναι περίπου 100.000 Pa. Άρα:

F = πr2 (100 000 Pa)

Ο χρόνος που χρειάζεται για την αποκόλληση της βεντούζας από μόνη της (χωρίς άσκηση επιπλέον δύναμης) εξαρτάται από το πόσο πορώδης και επίπεδη είναι η υποκείμενη επιφάνεια και η περίμετρος της βεντούζας, που καθορίζουν πόσο γρήγορα εισέρχεται αέρας εντός, εξισώνοντας την πίεση.

Το νερό, το σάλιο και άλλα υγρά σφραγίζουν καλά τη βεντούζα, κάνοντάς τη αεροστεγή και κάνοντας δυσκολότερη την είσοδο του αέρα. Έτσι, χρειάζεστε περισσότερη δύναμη για την αποκόλληση της βεντούζας αν τη βρέξετε προτού την τοποθετήσετε σε μία επιφάνεια.

Φαινόμενα αυτοκαθαρισμού: υδροφοβικότητα στη φύση

Το σκαθάρι παραμένει
καθαρό ακόμη κι όταν
απολαμβάνει την
αγαπημένη δραστηριότητά
του

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
vendys / iStockphoto

Η φύση έχει κάποιους πραγματικά φανατικούς της καθαριότητας: τα σκαθάρια βγαίνουν από τις κοπριές πεντακάθαρα, σπάνια να δείτε μία βρώμικη πεταλούδα, ενώ κάποια φυτά μπορούν πανεύκολα να διώξουν τη βρωμιά. Ο ινδικός λωτός, για παράδειγμα, αναπτύσσεται σε λάσπες, αλλά δεν έχει καθόλου βρωμιά στα φύλλα του. μάλιστα, στο Βουδισμό, ο λωτός είναι σύμβολο της αγνότητας. Μπορείτε να παρατηρήσετε το φαινόμενο αυτό και αλλού: τα φύλλα και άνθη του νεροκάρδαμου φαίνονται αρκετά καθαρά για κατανάλωση, ακόμη και χωρίς να πλυθούν (ξεπλύνετέ τα πάντως, καλού κακού). Πώς τα καταφέρνουν χωρίς σαπούνι;

Οι άνθρωποι αναπαρήγαγαν αυτό το φαινόμενο αυτοκαθαρισμού για πολλούς λόγους, για παράδειγμα, στα αυτοκαθαριζόμενα πλαστικά, στα κεραμίδια, στα τζάμια, στα κεραμικά, στα βερνίκια αυτοκινήτου και στη μπογιά για προσόψεις κτιρίων. Μπορείτε επίσης να φτιάξετε ρούχα που απωθούν τη βρωμιά ρίχνοντάς τους ένα ειδικό σπρέι.

Πώς λειτουργεί; Ας δούμε.

Υλικά

  • Τμήματα φυτών με ιδιότητες αυτοκαθαρισμού, όπως φύλλα νεροκάρδαμου (Tropaelum majus), φύλλα λωτού (Nelumbo nucifera), φύλλα λάχανου (Brassica oleracea), και φύλλα τουλίπας (Tulipa spp.)
  • Τμήματα φυτών με υδρόφιλα φύλλα, όπως φύλλα της κοινής οξιάς (Fagus sylvatica) ή της μανόλιας (Magnolia grandiflora)
  • Νερό, μέλι και / ή υγρή κόλλα
  • Μία πιπέττα παστέρ και μερικά μικρά κουτάλια
  • Κέτσαπ, κανέλα σε σκόνη και κάρυ σε σκόνη
  • Εφημερίδες, χαρτί κουζίνας και υφάσματα
  • Σπρέι αδιαβροχοποίησης (π.χ. για αδιαβροχοποίηση του σουέντ), αυτοκαθαριζόμενη μπογιά προσόψεων, νανοεπένδυση για ξύλο ή γυαλί
  • Προαιρετικά: ένα νανοκαλυμμένο κεραμίδι

Διαδικασία

  1. Βρέξτε τα αυτοκαθαριζόμενα φυτά με νερό, μέλι ή κόλλα και καλύψτε τα με κέτσαπ, κανέλα ή κάρυ (ως βρωμιά). Τι παρατηρείτε;
  2. Επαναλάβετε το πείραμα με τα υδρόφιλα φυτά. Τι παρατηρείτε;
  3. Μελετήστε τώρα τις αυτοκαθαριζόμενες ιδιότητες τεχνητών υλικών. Ρίξτε στα υφάσματα, στο χαρτί κουζίνας και στις εφημερίδες διαφορετικά είδη αδιαβροχοποίησης (π.χ. σπρέι, μπογιά ή νανοεπένδυση). Είτε συγκρίνετε τα αποτελέσματα του ίδιου είδους στα διάφορα υλικά ή των διαφορετικών ειδών στο ίδιο υλικό.
  4. Χρησιμοποιήστε αυτά και άλλα στεγανοποιημένα υλικά (π.χ. κεραμίδια) για να επαναλάβετε τα πειράματα, βρέχοντάς τα και βρωμίζοντάς τα. Τι παρατηρείτε;

 

Προσοχή

Προσοχή: Κάποιοι μαθητές μπορεί να είναι αλλεργικοί σε φυτά ή τμήματά τους, όπως η γύρη. Όταν χρησιμοποιείτε τη νανοεπένδυση, το σπρέι κλπ, διαβάστε προσεκτικά τις οδηγίες. Μπορεί επίσης να χρειάζονται γάντια ή καλά αεριζόμενο χώρο. Δείτε επίσης τις γενικές οδηγίες ασφαλείας.

 

Εικόνες από ηλεκτρονικό
μικροσκόπιο σάρωσης σε
μεγεθύνσεις 300x (πάνω),
2500x (μέση) και 3000x
(κάτω) δείχνοντας τις
κέρινες δομές στην
επιφάνεια ενός φύλλου
ρυζιού, παρόμοια με τα
φύλλα νεροκάρδαμου ή
λωτού. Η πρώτη εικόνα
δείχνει τις κέρινες
προεξοχές μεταξύ των
στομάτων. η δεύτερη δείχνει
από κοντά ένα στόμα. η
τρίτη δείχνει την επιφάνεια
του φύλλου και τη
λεπτομέρεια των κέρινων
δομών

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Sarah Perfect / Syngenta

Συζήτηση

Αν ρίξετε νερό ή μέλι σε ένα φύλλο λωτού, θα γλυστρίσει πολύ εύκολα. Η παρατήρηση με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης δείχνει γιατί: πολυάριθμες μικρές προεξοχές στην επιφάνεια καλυμμένες με κερί. Αυτές οι προεξοχές έχουν ύψος 10-20μm και βρίσκονται σε απόσταση 10-15μm μεταξύ τους.

Η γωνία επαφής Θ μιας
σταγόνας νερού σε μία
επιφάνεια

Εικόνα δημόσιου τομέα (public
domain); πηγή εικόνας:
Wikimedia Commons

Πώς επιτρέπει η δομή αυτή να μένει το φύλλο λωτού καθαρό; Πρώτον, η δομή του φύλλου λωτού είναι υδροφοβική (απωθεί το νερό). Η υδροφοβικότητα μιας επιφάνειας υπολογίζεται ως η γωνία επαφής μεταξύ της επιφάνειας και της σταγόνας νερού: όσο μεγαλύτερη η γωνία επαφής, τόσο πιο υδροφοβική η επιφάνεια (βλέπε εικόνα δεξιά). Επιφάνειες με γωνία επαφής <90ο λέγονται υδρόφιλες (‘αγαπούν το νερό’). αυτές με γωνία επαφής >90ο, υδρόφοβες. Κάποια φυτά, τα υπερυδρόφοβα, έχουν γωνίες επαφής μέχρι και 160ο, με μόλις το 2-3% της επιφάνειας της σταγόνας σε επαφή με την επιφάνεια του φύλλου. Όμως, το φύλλο λωτού όχι μόνο είναι υπερυδρόφοβο, αλλά και καλυμμένο με τις προαναφερθείσες κέρινες προεξοχές. Αυτές μειώνουν την επιφάνεια επαφής της σταγόνας νερού ακόμη περισσότερο (φανταστείτε τη σταγόνα να επικάθεται πάνω στα άκρα των προεξοχών), με αποτέλεσμα η σταγόνα μόλις που να ακουμπάει το φύλλο (μόλις 0,6% της επιφάνειας σε επαφή) και να γλυστράει εύκολα.

Σταγόνες υγρού σε
επιφάνεια, με διαφορετικά
επίπεδα υδροφοβικότητας

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
MesserWoland; πηγή εικόνας:
Wikimedia Commons

Είδαμε πώς γλυστράει το νερό, αλλά πώς φεύγουν τα σωματίδια σκόνης από τα φύλλα; Τα φύλλα εκτίθενται σε πολλούς ρυπαντές, κυρίως ανόργανους (σκόνη ή καπνιά), αν και άλλοι είναι βιολογικοί (π.χ. σπόροι μυκήτων, μελίτωμα ή φύκη). Σε αδιάβροχα φύλλα όπως του λωτού, δε μειώνεται μόνο η προσκόλληση του νερού στην επιφάνεια – και η σκόνη απομακρύνεται με το νερό. Αυτό δεν είναι όμως τόσο προφανές: υπάρχουν δύο τύποι σωματιδίων σκόνης – τα υδρόφιλα και τα υδρόφοβα. Τα υδρόφιλα όπως η λάσπη παρασύρονται από το νερό και δε διαφεύγουν ξανά. Φαίνεται ένα μονοπάτι πάνω στο φύλλο εκεί που οι σταγόνες παρέσυραν τα σωματίδια μαζί τους.

Σε μία υπερυδρόφοβη
επιφάνεια, μία σταγόνα θα
είναι σχεδόν σφαιρική με
πολύ μικρή γωνία επαφής

Εικόνα δημόσιου τομέα (public
domain); πηγή εικόνας:
Wikimedia Commons

Αλλά τι γίνεται με τα υδρόφοβα σωματίδια; Θα περιμένατε να προσκολλώνται στην υδρόφοβη επιφάνεια του φύλλου, αλλά στην πραγματικότητα η σταγόνα νερού θα τα αφαιρέσει κι αυτά. Πώς γίνεται αυτό; Τα σωματίδια ακουμπούν μόνο στις κορυφές των κέρινων δομών και καθώς η επιφάνεια επαφής είναι μικρή, εξίσου μικρή είναι και η δύναμη έλξης μεταξύ σωματιδίου και φύλλου. Είναι τόσο μικρή που οι μικρές δυνάμεις έλξης μεταξύ υδρόφοβου σωματιδίου και νερού είναι μεγαλύτερες. Έτσι, αντίθετα με το υδρόφιλο σωματίδιο, που εισέρχεται μέσα στη σταγόνα, το υδρόφοβο κολλάει στην επιφάνειά της. Το αποτέλεσμα, όμως, είναι ίδιο – απομακρύνεται από το φυτό.

Η υπερυδροφοβικότητα δεν περιορίζεται στο λωτό: κι άλλα φυτά έχουν ιδιότητες αυτοκαθαρισμού χάρη σε τριχίδια που καλύπτουν τα φύλλα τους, τα φτερά της πεταλούδας έχουν δοντάκια που κατευθύνουν τις σταγόνες μακριά από το σώμα του εντόμου άσχετα από τη θέση του φτερού, ενώ το κέλυφος των σκαθαριών έχει γεωμετρικές υφές που το κάνουν υδρόφοβο.

Close-up of a butterfly wing
Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
Sebastian; πηγή εικόνας: Flickr

Ποιο είναι το πλεονέκτημα των αυτοκαθαριζόμενων επιφανειών; Για τα σταθερά φυτά, είναι τρόπος προστασίας ενάντια στους μικροοργανισμούς, όπως μύκητες, βακτήρια ή φύκη. Τα περισσότερα φυτά καταπολεμούν τους εχθρούς αυτούς χημικά με πληθώρα δευτερογενών μεταβολιτών, αλλά δυνητικά πιο αποτελεσματική είναι η εξ αρχής παρεμπόδισή τους να εγκατασταθούν. Επιπλέον, αν τα φύλλα καλύπτονται με σκόνη, μειώνεται η επιφάνεια για φωτοσύνθεση. Τα αυτοκαθαριζόμενα φύλλα των πεταλούδων δεν συγκρατούν νερό και δε γίνονται βαριά, που θα εμπόδιζε το έντομο να πετάξει.

Οι άνθρωποι ανέπτυξαν πολλά είδη τεχνολογίας που μιμούνται αυτά τα υδρόφοβα αποτελέσματα. Τα σπρέι αδιαβροχοποίησης, για παράδειγμα, καλύπτουν το υλικό με μία επίστρωση σαν κερί που κάνει τα υλικά υδρόφοβα. Κάποιες μπογιές προσόψεων κάνουν ένα βήμα παραπέρα, δημιουργώντας μικρές προεξοχές όταν στεγνώνουν. Οι προεξοχές αυτές είναι εξίσου υδρόφοβες όσο οι κέρινες δομές του λωτού με αποτέλεσμα την υπερυδροφοβικότητα της βαμμένης επιφάνειας.

Scanning electron
micrograph of the minute
scales that form the surface
of a Peacock butterfly wing
(magnification 50x)

Οι εικόνες προσφέρθηκαν από
SecretDisc; πηγή εικόνας:
Wikimedia Commons

Ευχαριστίες

Οι δύο δραστηριότητες στο άρθρο αυτό αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια εργαστηρίου της Astrid Wonisch για φοιτητές του Πανεπιστημίου Karl-Franzens Graz που σπούδαζαν για καθηγητές βιολογίας, και περιελήφθησαν στην έκθεση του 2008 Naturwissenschaft und Technik zum Angreifen.

Οι φοιτητές βιολογίας Steffen Böhm και Karin Edlinger συνεργάστηκαν με μαθητές από τις δύο τελευταίες τάξεις βιομιμητισμού (ηλικίας 17-19) του λυκείου BG / BRG Petersgasse, Graz, ένα σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης με έμφαση στην επιστήμη και τα μαθηματικά, και τους καθηγητές βιολογίας του σχολείου, Renate Rovan and Ruth Unger, στο ‘Προσκόλληση σε επίπεδες επιφάνειες: αρνητική πίεση’.

Οι φοιτητές βιολογίας Anna Freudenschuss και Ingo Fuchs συνεργάστηκαν με μαθητές ηλικίας 14-15 από μία τάξη του σχολείου δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης BG / BRG Fürstenfeld, Fürstenfeld, στο ‘Φαινόμενα αυτοκαθαρισμού: υδροφοβικότητα στη φύση’.

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 – Για να μάθετε περισσότερα για το Πανεπιστήμιου Εκπαίδευσης Δασκάλων Styria, δείτε: www.phst.at

Resources

  • Το γερμανικό τηλεοπτικό κανάλι SWR έκανε μία σειρά μικρών βίντεο για τις βεντούζες στη φύση και στην τεχνολογία, με συνοδευτικό διδακτικό υλικό (στα γερμανικά). Δείτε την εκπαιδευτική ιστοσελίδα τους Planet Schule (www.planet-schule.de) ή χρησιμοποιήστε το σύνδεσμο: http://tinyurl.com/6gey6tg
  • Η παρακάτω ιστοσελίδα παρέχει πληθώρα πληροφοριών στο φαινόμενο του λωτού στα αγγλικά και γερμανικά, μαζί με μία μικρή συλλογή βίντεο: www.lotus-effekt.com
  • Για διδακτικές δραστηριότητες δημοτικού για την υδροφοβικότητα και την επιφανειακή τάση του νερού, δείτε:
  • Για πιο λεπτομερή περιγραφή εμπνευσμένου από τη φύση σχεδιασμού, συγκρίνοντας τα επιτεύγματα φύσης και τεχνολογίας, δείτε:
    • Vincent J (2007) Αποτελεί ο παραδοσιακός μηχανικός σχεδιασμός το σωστό τρόπο με τον οποίο μπορούμε να διαχειριστούμε τον κόσμο μας? Science in School 4: 56-60. www.scienceinschool.org/2007/issue4/biomimetics/greek

  • Για περισσότερες πληροφορίες για το βιομιμητισμό, δείτε την ιστοσελίδα Ask Nature: www.asknature.org
  • Για επιπλέον διδακτικές δραστηριότητες για την υπερυδροφοβικότητα και τη νανοστεγανοποίηση για διάφορες ηλικίες, δείτε:
  • Για περισσότερες πηγές για την τάξη σχετικές με τη νανοτεχνολογία, δείτε:

Author(s)

Η Δρ. Astrid Wonisch διδάσκει φυσιολογία φυτών στο Πανεπιστήμιο Karl-Franzens Graz, Αυστρία. Ηγείται του διδακτικού κέντρου του πανεπιστημίου για βιολογικές και περιβαλλοντικές επιστήμες και διδάσκει σε φοιτητές που θα γίνουν καθηγητές βιολογίας.

Η Margit Delefant είναι διευθύντρια του τοπικού διδακτικού κέντρου βιολογίας και περιβαλλοντικών επιστημών στο Styria, Αυστρία. Μοιράζει το χρόνο της διδάσκοντας στο σχολείο δευτεροβάθμιας εκπαίδευσης BG / BRG Fürstenfeld και στο Πανεπιστήμιο Karl-Franzens Graz, όπου διδάσκει διδακτική σε μελλοντικούς καθηγητές βιολογίας.

Η Δρ. Marlene Rau γεννήθηκε στη Γερμανία και μεγάλωσε στην Ισπανία. Μετά τη λήψη του διδακτορικού της στην αναπτυξιακή βιολογία στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (EMBL) στη Χαϊδελβέργη, Γερμανία, μελέτησε δημοσιογραφία και εισήλθε στην επικοινωνία της επιστήμης. Από το 2008, είναι μία από τους εκδότες του Science in School.


Review

Κολλήστε! Ή καλύτερα, δώστε την ευκαιρία στους μαθητές σας να κολλήσουν με τις δραστηριότητες του άρθρου αυτού.

Τα κολλώδη πόδια των βατράχων των δέντρων και των πλοκαμιών των χταποδιών ωθούν τους μαθητές να εξερευνήσουν πώς λειτουργούν οι βεντούζες. Οι νεότεροι μαθητές θα διασκεδάσουν ζωγραφίζοντας και με τους θορύβους που κάνουν οι βεντούζες όταν ξεκολλούν. Οι μεγαλύτεροι μαθητές θα εκτιμήσουν τη φυσική και θα εξηγήσουν τι συμβαίνει με υπολογισμούς.

Το κολλώδες μέλι εμφανίζεται στη δεύτερη δραστηριότητα, μαζί με το κέτσαπ, την κανέλα και το κάρυ – σε ποιο μαθητή δεν θα αρέσει να αφεθεί ελεύθερος με τα υλικά αυτά; Η μελέτη των υδρόφοβων φύλλων λωτού και νεροκάρδαμου οδηγεί σε εξερεύνηση νέων αυτοκαθαριζόμενων υγρών. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε ενδιαφέρουσες συζητήσεις και πρακτική εργασία που ξεκινάει από απλές δραστηριότητες για τους μικρούς μαθητές (ρίψη νερού στα φύλλα) μέχρι περίπλοκες για τα μεγαλύτερα παιδιά, με σπρέι και ηλεκτρονικές μικρογραφίες σάρωσης για την εξήγηση φαινομένων.

Η πρώτη δραστηριότητα καλύπτει τη φυσική (πίεση) και η δεύτερη τη χημεία (αλληλεπιδράσεις επιφανειών), με τη βιολογία να είναι παρούσα και στις δύο, με την έννοια ότι η φύση τα έκανε πρώτη – που θα μπορούσε να μελετηθεί περαιτέρω από τους μαθητές. Αν μελετηθούν διαφορετικές ποικιλίες φύλλων, μπορεί να γίνει και εισαγωγή στην ταξονομία.

Εδώ είναι μερικές προτάσεις για ερωτήσεις που μπορείτε να κάνετε στους μαθητές:

  1. Κάντε ένα διάγραμμα που δείχνει μία βεντούζα πριν και μετά την τοποθέτησή της σε μία επιφάνεια. Σημειώστε περιοχές υψηλής, χαμηλής και ίσης πίεσης.
  2. Το άρθρο υπενθυμίζει ότι δύναμη = επιφάνεια x πίεση. Εδώ χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό δύναμης μιας βεντούζας. Μπορείτε να σκεφτείτε πού αλλού μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξίσωση αυτή;
  3. Είναι ενοχλητικό (και θορυβώδες) όταν ένα ράφι με βεντούζες στα πλακάκια του μπάνιου πέφτει. Εξηγείστε τι μπορεί να κάνει τις βεντούζες να μη ‘λειτουργούν’ και να προκαλεί την πτώση.
  4. Το άρθρο αναφέρει ότι τα ‘σκαθάρια βγαίνουν από κοπριές’. Τι μπορεί να κάνουν τα σκαθάρια στις κοπριές και γιατί βγαίνουν έξω; Αυτό μπορεί να θέλει λίγη έρευνα!
  5. Ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης αναφέρεται στη δεύτερη δραστηριότητα. Τι είναι το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης; Σε τι διαφέρει από ένα μικροσκόπιο; Σε τι διαφόρε από ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης;
  6. Οι προεξοχές των φύλλων λωτού έχουν ύψος μέχρι 20 μικρόμετρα (μm). Εκφράστε το ύψος σε α) νανόμετρα (nm) και β) χιλιοστά (mm).
  7. Εξηγείστε, με δικά σας λόγια, τι σημαίνει:
    • Υδρόφοβος
    • Υδρόφιλος
    • Επιφανειακή τάση
    • Ρυπαντής
    • Ανόργανος

Μπορείτε επίσης να δώσετε στους μαθητές μία εργασία εκτίμησης κινδύνου για τη μία ή και τις δύο δραστηριότητες. Ορισμένες χώρες το απαιτούν αυτό. Αν και είναι ρόλος του καθηγητή να παρέχει μία εκτίμηση κινδύνου, πιστεύεται ότι αν οι μαθητές δημιουργήσουν τη δική τους εκτίμηση, θα είναι πιθανότατα πιο ασφαλές καθώς θα έχουν αναλογιστεί μόνοι τους τους κινδύνους. Παρακάτω είναι κάποιες προτεινόμενες απαντήσεις, αν και οποιεσδήποτε ισχύουσες εναλλακτικές είναι αποδεκτές. Για κάποιες δραστηριότητες, η πιθανότητα ατυχημάτων εξαρτάται από την ηλικία των μαθητών.


Sue Howarth, Ηνωμένο Βασίλειο




License

CC-BY-NC-SA