Gigi siput, melampaui sutra laba-laba dan dipastikan sebagai material terkuat di alam (2015)

• Hasil pengujian tim peneliti Inggris terhadap gigi siput laut jenis limpet menunjukkan bahwa kekuatan tariknya rata-rata sekitar 5 kali lebih tinggi daripada sebagian besar sutra laba-laba, sehingga menjadi material alami terkuat yang pernah diukur
• Gigi tersebut memiliki struktur komposit berupa nanoserat goethite kristal yang mengandung besi, dibungkus oleh matriks protein
• Batas atas kekuatannya jauh lebih tinggi daripada Kevlar dan mirip dengan serat karbon kualitas tertinggi, tetapi masih belum menyamai material buatan terkuat seperti graphene
• Limpet menempel pada batu dengan menghasilkan gaya 75 pon per inci persegi menggunakan kaki berotot dan sekresi, lalu memakan makanan sambil mengikis batu dengan gigi yang tertanam pada radula
• Tolok ukur yang dibandingkan di sini adalah kekuatan tarik, yaitu kemampuan untuk tidak putus saat ditarik, dan harus dibedakan dari kekuatan tekan atau kekerasan yang menahan goresan maupun pemotongan

---

Struktur dan kekuatan gigi limpet

• Limpet adalah siput laut yang hidup menempel kuat pada batu yang dihantam ombak, dan dapat melekat rapat dengan gaya 75 pon per inci persegi menggunakan kaki moluska yang berotot serta sekresi kimia
• Saat makan, hewan ini mengikis batu menggunakan radula, yaitu lidah yang dipenuhi banyak gigi
• Dalam eksperimen, material gigi ini menunjukkan kekuatan tarik rata-rata sekitar 5 kali lebih tinggi daripada sebagian besar sutra laba-laba
  • Tim peneliti mengibaratkan kekuatan ini setara dengan sehelai spageti yang menopang sekitar 3.300 kantong gula, masing-masing seberat 1 pon
  • Disebut juga mampu bertahan pada tekanan yang cukup untuk mengubah karbon menjadi berlian, tetapi catatan editor secara terpisah menegaskan bahwa tolok ukur perbandingan dalam artikel utama adalah kekuatan tarik
• Gigi tersebut tersusun dari nanoserat goethite yang merupakan kristal mengandung besi, dibungkus oleh matriks protein
  • Batas atas dalam rentang pengukuran jauh melampaui Kevlar dan mirip dengan serat karbon kualitas tertinggi
  • Namun masih lebih lemah daripada material buatan terkuat, termasuk graphene
• Hasil penelitian dipublikasikan di Journal of the Royal Society Interface

Perbedaan sifat material dan pemanfaatan rekayasa

• Jika membandingkan material kuat di Bumi secara lebih luas, ada nanomaterial buatan yang lebih kuat daripada berlian, dan di alam juga ada dua material langka yang mampu menahan tegangan lebih besar daripada berlian
  • wurtzite boron nitrate memiliki susunan atom mirip berlian dan tersusun dari boron serta nitrogen
  • lonsdaleite tersusun dari karbon, tetapi berbeda dari struktur kubik berlian karena memiliki struktur heksagonal, dan dapat terbentuk ketika meteorit yang mengandung grafit menabrak Bumi
  • lonsdaleite dapat menahan tegangan 58% lebih besar daripada berlian
• Namun, perbandingan dengan wurtzite boron nitrate berkaitan dengan kekerasan yang menahan goresan atau pemotongan, bukan kekuatan tarik, sehingga tidak boleh ditafsirkan sebagai peringkat dengan tolok ukur yang sama seperti gigi limpet
• Material yang keras sekaligus kuat dan lentur berguna untuk pengembangan material, struktur, dan mesin generasi berikutnya, dan struktur komposit gigi limpet menjadi objek penelitian untuk material biomimetik baru

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Jika ingin melihat fotonya, makalah ini punya banyak materi yang bagus: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ece3.10332
  Kalau meletakkan jari di depan siput telanjang, ia akan mencoba menggerogotinya, dan sekarang saya akhirnya paham kenapa rasanya kasar seperti amplas

  • Siput kebun di sekitar Seattle, jika dibiarkan merayap di atas kulit, benar-benar bisa menggigit sangat kecil hingga mengeluarkan darah
  • Mirip dengan papila keratin pada lidah kucing, tetapi ukurannya jauh lebih kecil
  • Jika terasa ada sesuatu yang lebih keras daripada kulit, itu berarti mereka bukan sekadar mencoba makan, tetapi benar-benar sedang memakannya
  • Isinya ternyata jauh lebih menyeramkan dari perkiraan

• Daripada analogi “sehelai spaghetti bisa mengangkat 3.300 bungkus gula 1 pon”, akan jauh lebih jelas kalau dibilang mobil penumpang ukuran sedang

  • Dalam artikel BBC sebagai sumber aslinya, ungkapannya adalah “sehelai spaghetti mengangkat 3.000 bungkus gula 0,5 kg”
    Itu adalah perumpamaan untuk 1.500 kg memakai benda yang akrab bagi audiens Inggris, tetapi ketika Smithsonian mengonversi satuannya, mereka malah menggantinya menjadi bungkus gula 1 pon yang justru lebih asing bagi orang Amerika. Di Amerika, hampir tak pernah melihat bungkus gula 1 pon, tetapi di Inggris bungkus 500 g cukup umum meski sedikit kecil
    https://www.bbc.com/news/science-environment-31500883
    https://www.sainsburys.co.uk/gol-ui/product/sainsburys-white...
  • Ini perumpamaan seolah semua orang paham dari pengalaman berapa berat 3.300 bungkus gula 1 pon dan berapa gaya yang dibutuhkan untuk mengangkatnya. Sebaliknya, mobil ukuran sedang punya rentang yang ambigu, dan pada kenyataannya juga tidak ada yang pernah melihat seseorang mengangkatnya
  • Bukan cuma bungkus gulanya yang bermasalah, sehelai spaghetti itu sendiri juga tidak jelas maksudnya
    Tidak jelas apakah acuannya berat atau volume, apakah dalam keadaan matang dan lentur, atau kering dan mudah patah. Spaghetti juga bukan benda yang memberi intuisi tentang kekuatan tarik relatif terhadap ukurannya, jadi sulit memahami visualisasi apa yang sebenarnya ingin disampaikan analogi itu
  • Beratnya juga berbeda tergantung apakah yang dimaksud mobil ukuran sedang versi Eropa atau versi Amerika

• Daripada menyampaikan berat sebagai jumlah bungkus seperti “3.300 bungkus gula 1 pon”, lebih baik bilang saja satu mobil penumpang modern

  • Kita juga harus mempertimbangkan mana yang lebih banyak bisa diangkat, beberapa kg bulu atau beberapa kg baja: https://www.youtube.com/watch?v=-fC2oke5MFg
  • Setiap kali melihat analogi satuan yang dilebih-lebihkan seperti ini, rasanya seperti lelucon konyol

• Saya pertama kali tahu tentang gigi siput dari The Sound of a Wild Snail Eating karya Elisabeth Tova Bailey
  Ini nonfiksi pendek yang indah tentang seorang perempuan yang selama bertahun-tahun hampir hanya terbaring di tempat tidur karena infeksi langka yang mengganggu sistem sarafnya; ia mengamati siput yang dibawa temannya dari hutan dan diletakkan di samping tempat tidurnya, lalu mendalami moluska lewat buku-buku perpustakaan umum. Setelah membacakannya untuk anak saya, kami bahkan berbaring di padang dan mendengarkan langsung suara siput telanjang mengunyah tanaman: “cak cak cak”

• Kalau mengamati siput di akuarium, mereka hampir terus-menerus menggerogoti sesuatu. Saya selalu penasaran bagaimana gigi-gigi kecil yang tak pernah berhenti itu bisa tetap utuh, dan ternyata jawabannya ada pada struktur gigi dan cara regenerasinya

• Saya ingin melihat foto gigi siput

  • https://old.reddit.com/r/AquaticSnails/search?q=teeth&restri...

• Makalah penelitian aslinya ada di tautan berikut, dan tautan-tautan di artikel rusak
  https://royalsocietypublishing.org/rsif/article/12/105/20141...

• Studi ini adalah makalah tahun 2015, dan pada 2017 ditambahkan koreksi yang berguna tentang perbedaan antara kekuatan tekan dan kekuatan tarik

  • Kekerasan juga merupakan sifat yang terpisah. Berlian itu keras, tetapi justru karena sifat itu, jika dipukul dengan palu bisa pecah