หนังฉลามเป็นที่อิจฉาของวิศวกรที่พยายามเพิ่มอุทกพลศาสตร์ให้มากที่สุด แต่วัสดุที่ได้แรงบันดาลใจจากหนังฉลามยังมีหนทางอีกยาวไกลก่อนที่จะทำงานเหมือนของจริง
มีไม่กี่คนที่เข้าใกล้ฉลามมากพอที่จะเลี้ยงมันได้ ถ้าคุณสามารถเอามือของคุณตั้งแต่หัวฉลามไปจนถึงหางของมัน ได้— ไม่ใช่ว่าคุณควรจะทำ—มันจะให้ความรู้สึกเรียบลื่น เกือบจะเหมือนหนังกลับ กลับทิศทางแล้วมันหยาบเหมือนกระดาษทราย เมื่อมองด้วยกล้องจุลทรรศน์ ผิวหนังของปลาฉลามประกอบด้วยเกล็ดลายมังกรเป็นชั้นๆ ซ้อนทับกันเหมือนงูสวัดบนหลังคา โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่า dermal denticles มีลักษณะเหมือนฟันมากกว่าผิวหนัง ทำจากเนื้อฟันและอีนาเมล พวกมันถูกทำให้เป็นเนื้อใน และลวดลายแบบซี่และชั้นของพวกมันจะนำพาน้ำไปทั่วหลังฉลาม ลดการเสียดสีและการลาก ผิวหนังที่น่าประทับใจของฉลามช่วยให้พวกมันเหินผ่านน้ำได้ บางชนิดมีความเร็วถึง 50 กิโลเมตรต่อชั่วโมง
ฟันฉลามเป็นที่อิจฉาของวิศวกร นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุได้ออกแบบพื้นผิวที่ได้แรงบันดาลใจจากปลาฉลามสำหรับตัวเรือ กังหันลม และแม้แต่ชุดว่ายน้ำระดับไฮเอนด์เพื่อเลียนแบบพลังอุทกพลศาสตร์ที่น่าประทับใจของฉลาม สำหรับตัวเรือ กังหันลม และแม้แต่ชุดว่ายน้ำระดับไฮเอนด์ ทั้งหมดนี้เพื่อพยายามเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด
แต่ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดในแมสซาชูเซตส์ นำโดยมอลลี่ แกเบลอร์-สมิธ แพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบทางเดินปัสสาวะ ได้เปรียบเทียบวัสดุที่พยายามเลียนแบบหนังฉลามกับของจริงเป็นครั้งแรก ปรากฎว่าวัสดุเชิงวิศวกรรมมีหนทางอีกยาวไกล
ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบเนื้อฟันฉลามอย่างละเอียดน่าประทับใจโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่สามารถถ่ายภาพโครงสร้างที่มีความกว้างเพียงไม่กี่นาโนเมตร แต่ภาพที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดเป็นภาพสองมิติ และถ้าคุณเคยเห็นรถในอุโมงค์ลม คุณจะรู้ว่าเมื่อต้องลดแรงต้านและแรงเสียดทาน โครงสร้าง 3 มิติของวัตถุมีความสำคัญอย่างยิ่ง
ดังนั้นการใช้เทคนิคที่เรียกว่า surface profilometry ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการถ่ายภาพที่นักวิทยาศาสตร์ใช้เจลบางๆ เป็นหลักเพื่อสร้างแม่พิมพ์ของพื้นผิวที่จะทำการศึกษา Gabler-Smith และทีมของเธอดูผิวฉลามในแบบ 3 มิติ “เกือบจะเหมือนกับการดูแผนที่ภูมิประเทศ” Gabler-Smith กล่าว “คุณสามารถเห็นที่ที่มียอดเขาและหุบเขา”
Gabler-Smith ใช้เทคนิคนี้กับตัวอย่างผิวหนังจากฉลาม 17 สายพันธุ์ที่แตกต่างกัน เธอยังดูชุดว่ายน้ำ Speedo สองตัวที่วางตลาดโดยเลียนแบบหนังฉลาม—ชุดว่ายน้ำ FS Fastskin II และ Lzr Racer Elite 2—รวมถึงพื้นผิวที่พิมพ์ 3 มิติที่สร้างขึ้นในห้องทดลองของเธอด้วย เธอเปรียบเทียบสัดส่วนของเนื้อฟันกับความสูงและระยะห่างของซี่โครง และพบความแตกต่างอย่างมากระหว่างเนื้อฟันฉลามจริงกับวัสดุเทียม
“ฉันลังเลที่จะบอกว่า [ชุดว่ายน้ำ] เลียนแบบหนังฉลามจริงๆ เพราะจริงๆ แล้วมันไม่ใช่เลย” Gabler-Smith กล่าว เธอกล่าวว่าหนึ่งในข้อแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดคือหนังปลาฉลามจริงๆ ทำจากโครงสร้างเคลือบฟันแข็งบนพื้นผิวที่ยืดหยุ่น เมื่อถูกขอให้ให้คะแนนวัสดุของชุดว่ายน้ำเต็ม 10 Gabler-Smith ให้คะแนน FS Fastskin II และ Lzr Racer Elite 2 3 และ 7 ตามลำดับ และพื้นผิวที่ออกแบบทางวิศวกรรมในห้องแล็บของเธอให้ 8 หรือ 9
“[นักออกแบบชุดว่ายน้ำ] ทำได้ดีทีเดียวในการนำข้อมูลทั้งหมดที่นักชีววิทยาวัดจากหนังปลาฉลามจริงๆ แต่ยังมีอะไรให้ทำอีกมาก” เธอกล่าวเสริม ในทางทฤษฎี เธอกล่าวว่า การเพิ่มลายนูนหรือพื้นผิวที่เป็นหลุมเป็นบ่ออื่นๆ ให้กับชุดว่ายน้ำหรือพื้นผิวของเรือควรลดการลาก แต่พื้นผิวเหล่านี้ก็ยังห่างไกลจากการทำงานเหมือนของจริง
เอมี แลง วิศวกรการบินแห่งมหาวิทยาลัยอลาบามา ผู้ศึกษาเกี่ยวกับผิวหนังของฉลามและไม่ได้มีส่วนร่วมในงานวิจัยนี้ กล่าวว่า การลอกเลียนแบบคุณสมบัติลดแรงต้านของผิวหนังฉลามนั้นยากยิ่งกว่าการมีซี่โครงคล้ายเนื้อฟัน เธอกล่าวว่าเพื่อลดการลากแทนที่จะเพิ่มขึ้น ซี่โครงจะต้องมีขนาดและความลึกที่เหมาะสม เธอเสริมว่า แม้ว่าการใช้โปรไฟล์พื้นผิวเพื่อเปรียบเทียบผิวหนังปลาฉลามกับวัสดุวิศวกรรมโดยตรงเป็นเรื่องที่น่าสนใจ แต่การทดสอบว่าวัสดุสังเคราะห์ทำงานอย่างไรในน้ำก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน
แต่ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์ได้อัปเดตข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้าง 3 มิติของฟันฉลามในสายพันธุ์ต่างๆ ที่หลากหลาย วิศวกรอาจเข้าใกล้การเลียนแบบนักว่ายน้ำที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในธรรมชาติอีกก้าวหนึ่ง
