• ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า
No Result
View All Result
The Principia
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า
No Result
View All Result
The Principia
No Result
View All Result

โหนใยแบบ “สไปเดอร์แมน” ทำได้จริงไหม?

Tanakrit SrivilasbyTanakrit Srivilas
11/01/2022
in Material Science, Sci-fi
A A
0
โหนใยแบบ “สไปเดอร์แมน” ทำได้จริงไหม?
Share on FacebookShare on Twitter

Hilight

  • ใยแมงมุมตามธรรมชาติ มีความบางกว่าเส้นผมมนุษย์ 40 เท่า แต่ถ้าเทียบในน้ำหนักที่เท่ากัน มันอาจแข็งแรงมากกว่าเหล็ก
  • ความยืดหยุ่นของใยแมงมุมเกิดจากโปรตีนที่มีลักษณะเป็นนาโนคริสตัล ช่วยให้มีความเหนียว แต่ยืดหยุ่น ในเวลาเดียวกัน
  • เมื่อนำค่าความทนต่อแรงดึง (tensile strength) ของใยแมงมุมที่สไปเดอร์แมนใช้มาคำนวณ พบว่ามีความเป็นไปได้ที่สไปเดอร์แมนสามารถโหนใยได้จริง ๆ
  • หากสไปเดอร์แมนใช้ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) เป็นส่วนประกอบหลักของใย จะทำให้มีความแข็งแรงขึ้นอีกหลายเท่า

เคยมีความฝันอยากจะมีพลังพิเศษกันบ้างไหม? ไม่ว่าจะพลังการควบคุมเวลา พลังเหาะเหินเดินอากาศ หรือพลังการอ่านจิตใจผู้คน ล้วนเป็นพลังพิเศษยอดนิยม ที่ผู้คนใฝ่ฝันถึง แต่หากนึกต่อไปอีกว่าในโลกของภาพยนตร์ และจักรวาลน้ำหมึกในหนังสือการ์ตูน ฮีโร่พลังเหนือมนุษย์ที่โด่งดังที่สุดคนหนึ่ง เขาควบคุมเวลาไม่ได้ บินก็ไม่ได้ อ่านใจคนอื่นนี่ยิ่งไม่ต้องพูดถึง ความสามารถของเขาคือ การพ่นใยออกมาทางข้อมือของเขา เพื่อห้อยโหนไปยังที่ต่าง ๆ และใช้มันจัดการกับเหล่าวายร้าย ฮีโร่ที่ผมพูดถึงก็คือ “สไปเดอร์แมน” ตัวละครที่ทุกคนหลงรัก และอยากให้มีอยู่บนโลกแห่งความจริงนี้ แล้วคุณจะเชื่อไหมว่า วิทยาศาสตร์อาจทำให้ใยแมงมุมของสไปเดอร์แมน มีอยู่บนโลกของเราได้จริง ๆ

ใยของแมงมุม

ใยแมงมุม เป็นเอกลักษณ์สำคัญที่ทำให้สไปเดอร์แมนโดดเด่นกว่าฮีโร่คนอื่น ๆ นอกจากจะใช้ในการเดินทางได้แล้ว ยังใช้เป็นอาวุธในการต่อกรกับศัตรูด้วย โดยแมงมุมจริง ๆ นั้น ใช้ใยของมันในการเดินทางด้วยจริง ๆ รวมถึงยังใช้ใยเป็นตาข่ายดักจับเหยื่อ และปกป้องลูกหลานของมันจากผู้ล่าได้ด้วย ซึ่งแมงมุมนั้น มีต่อมในร่างกายมากถึง 7 ต่อมที่สามารถสร้างใยแมงมุมขึ้นมาได้

ใยแมงมุมนั้นถูกผลิตขึ้นมาจากต่อมภายในร่างกายของแมงมุมมากถึง 7 ต่อม โดยในภาพคือแมงมุม Araneus diadematus มีต่อม 7 ต่อมที่แบ่งตามสี ดังนี้ (สีแดง) Ampullate major – ผลิตเส้นใยหลักที่เอาไว้ใช้เดินและใช้ปล่อยตัวจากที่สูง มีความแข็งแรงและเหนียวมาก, (สีม่วง) Ampullate minor – ผลิตเส้นใยชั่วคราวที่แมงมุมใช้เดินขณะกำลังทอใย, (สีเขียว) Flagelliform – ผลิตเส้นใยที่ใช้สำหรับจับเหยื่อซึ่งมีความยืดหยุ่นสูงมาก และใช้ส่งสัญญาณเมื่อเหยื่อติดกับ, (สีฟ้า) Aggregate – ผลิตเส้นใยที่มีความเหนียวเหมือนกาว, (สีน้ำตาล) Cylindricale – ผลิตเส้นใยตรงจุดศูนย์กลางวงล้อเพื่อใช้เฝ้ารอเหยื่อและผลิตเส้นใยสร้างรังไหม, (สีเหลือง) Aciniformes – ผลิตเส้นใยที่ใช้ห่อหุ้มเหยื่อและห่อหุ้มไข่, (สีส้ม) Piriform – ผลิตเส้นใยสำหรับใช้ประสานกับจุดเชื่อมโยง เช่น กิ่งไม้
ที่มา Zheng Ke

ใยแมงมุมนั้นเกิดจากการประกอบกันของโปรตีนหลายชนิด มีความบางกว่าเส้นผมของมนุษย์ถึง 40 เท่า แต่ถ้าเทียบในน้ำหนักที่เท่ากัน ใยแมงมุมนั้นมีความแข็งแกร่งยิ่งกว่าเหล็กกล้าเสียอีก โดยโครงสร้างภายในของมันคือเคล็ดลับความแข็งแกร่ง เพราะโปรตีนที่ประกอบเป็นใยแมงมุมนั้น มีรูปร่างเป็นนาโนคริสตัลที่แข็งแรง จึงทำให้ใยแมงมุมมีความเหนียวมาก ไม่ขาดแม้ปลิวไปตามลม นอกจากนี้ โครงสร้างภายในของใยแมงมุมยังสามารถยืดหดได้ ทำให้มันมีความยืดหยุ่น ความพิเศษของใยแมงมุมจึงเป็นการที่มันมีความแข็งแรงและยืดหยุ่นในคราวเดียวกัน ซึ่งฉีกขาดได้ยากมาก

ความเป็นไปได้ ในการโหนใย

แล้วตกลง การโหนตัวไปกับใยเพื่อเดินทางของสไปเดอร์แมนเนี่ย เป็นจริงได้หรือเปล่า ถ้าอยากได้การพิสูจน์แบบชัดเจน อาจจะต้องคำนวณดู โดยใยของแแมงมุม สามารถทนต่อแรงดึง (tensile strength) ได้ประมาณ 1 กิกะปาสคาล หรือประมาณ หนึ่งพันล้านนิวตันต่อตารางเมตร เมื่อแปลงค่าแล้วจะพบว่าใยแมงมุมที่มีพื้นที่ตัดขวาง 1 ตารางเมตร รับน้ำหนักได้มากถึง 100,000 ตัน

ภาพสไปเดอร์แมนจากในเกม ขณะพ่นใยแมงมุม ซึ่งกะขนาดคร่าว ๆ ด้วยสายตา เส้นผ่านศูนย์กลางน่าจะหนาประมาณ 3 มิลลิเมตร
ที่มา Best HD Wallpaper

แต่ขนาดพื้นที่หน้าตัดของใยแมงมุมสไปเดอร์แมนคงจะไม่ใหญ่ถึง 1 เมตร กะคร่าว ๆ จากสายตา ใยแแมงมุมน่าจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 มิลลิเมตร เพราะฉะนั้น เมื่อกำหนดให้ A คือ พื้นที่หน้าตัดของใยแมงมุม, r คือ รัศมีของพื้นที่หน้าตัดใยแมงมุม และ 𝛑 มีค่าประมาณ 3.14 สามารถเข้าสูตรคำนวณได้ดังนี้

    \[ A = \pi * r^2 \]

    \[ A = 3.14 * 0.0015^2 m^2 \]

    \[ A = 0.000007069 m^2 \]

หลังจากนั้นเราสามารถนำมาหาแรงสถิตที่ทำต่อใยแมงมุมของสไปเดอร์แมนได้ โดยให้ W คือ แรงสถิตที่กระทำต่อใยแมงมุม, A คือ พื้นที่หน้าตัดของใยแมงมุม และ TS คือ ค่าความทนต่อแรงดึงของใยแมงมุม

    \[ W = A * TS \]

    \[ W = 0.000007069 m^2 * 10^9 N/m^2 \]

    \[ W = 7069 N \]

นั่นหมายความว่า ใยแมงมุมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 มิลลิเมตรของสไปเดอร์แมนสามารถรับน้ำหนักได้มากถึง 720 กิโลกรัม แม้ว่าใยแมงมุมของเขาต้องรับแรงที่มากขึ้นหลายเท่า เมื่อเขากระโดดลงมาจากตึก ก่อนจะเหวี่ยงตัวห้อยโหนไปยังตำแหน่งถัดไป แต่มันก็มีความเป็นไปได้ ถ้าหากเขาจะเดินทางด้วยวิธีนี้คนเดียวโดยไม่ต้องอุ้มใคร ให้พวกเราต้องเหม็นความรัก

วัสดุสรรค์สร้าง สุดยอดใยแมงมุม

ปีเตอร์ ปาร์คเกอร์ อาจจะฉลาดกว่าที่เราคิด ด้วยการใช้คุณสมบัติของใยแมงมุม แต่ไม่ได้ใช้วัตถุดิบของใยแมงมุมจริง ๆ โปรตีนที่เป็นนาโนคริสตัลในใยแมงมุม อาจถูกแทนที่ด้วยวัสดุสังเคราะห์อย่างท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ที่มีความเหนียวและแข็งแรง ซึ่งท่อนาโนคาร์บอนนี้ สร้างจากคาร์บอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเพชร แต่ทำให้มีขนาดบางมากที่สุดเพื่อเพิ่มความยืดหยุ่น ก่อนจะม้วนพับให้เกิดเป็นรูปท่ออย่างที่เราเห็นกัน

ท่อนาโนคาร์บอน (carbon nanotube) ผลิตจากการสังเคราะห์คาร์บอนเป็นแผ่นบาง ๆ เพียงชั้นเดียว เรียกว่ากราฟีน และม้วนพับจนมีลักษณะเป็นท่อ ซึ่งท่อนาโนคาร์บอนมีความแข็งแรงมากกว่าเหล็กประมาณ 100 เท่า
ที่มา ysjournal

เมื่อใช้วัสดุที่เรียกว่าท่อนาโนคาร์บอนแล้ว มันมีความแข็งแรงกว่าใยแมงมุมธรรมดาอย่างมาก จากงานวิจัยต่าง ๆ กล่าวว่า ค่าความทนต่อแรงดึงได้มากถึง 63 กิกะปาสคาล หรืออาจมากกว่านั้นได้ ขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางเคมี ทำให้ จิม คาคาลิออส (Jim Kakalios) นักฟิสิกส์ผู้เขียนหนังสือ ฟิสิกส์ของซูเปอร์ฮีโร่ (The Physics of Superheroes) กล่าวว่า ใยแมงมุมเส้นเล็ก ๆ ของสไปเดอร์แมนนั้น หากทำจากท่อนาโนคาร์บอน อาจรับน้ำหนักได้มากถึงเกือบ 20 ตัน

บทสรุปของฮีโร่ผู้ชอบห้อยโหน

หากใครใฝ่ฝันว่าอยากจะเป็นสไปเดอร์แมน เพื่อนบ้านที่แสนดี ยุคนี้อาจจะไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป การผลิตใยแมงมุมขึ้นมาไว้ใช้เองสำหรับสไปเดอร์แมน ถือว่าเป็นไปได้มาก ๆ และในตอนนี้ ทั้งวัสดุ และวิธีการในการผลิต ซึ่งได้รับการยืนยันแล้วว่าค่อนข้างจะเป็นไปได้ ในการใช้ใยแมงมุมสังเคราะห์เหล่านี้ โลดโผนโจนทะยานไปตามตึกระฟ้า แต่อาจจะต้องคำนึงถึงเรื่องอื่น ๆ เพิ่มเติม เช่น ความเหนียวของใย ความเร็วของการพ่นใย หรือแม้กระทั่งรูปแบบการพ่นใยต่าง ๆ อย่างที่สไปเดอร์แมนใช้ในภาพยนตร์

แต่เหนือสิ่งอื่นใด สิ่งที่ทำให้สไปเดอร์แมนเป็นซูเปอร์ฮีโร่ ไม่ใช่แค่อุปกรณ์พิเศษ หรือพละกำลังกายที่แแข็งแรงเท่านั้น “แต่พลังที่ยิ่งใหญ่ มาพร้อมกับความรับผิดชอบอันใหญ่ยิ่ง” จิตใจที่อยากจะทำความดี และมีความรับผิดชอบในสังคมต่างหาก ที่ทำให้เขาโดดเด่น จนเป็นซูเปอร์ฮีโร่ที่คนรักมากที่สุดคนหนึ่งเลย

อ้างอิง

The science of Spider-Man

Spider web-ใยแมงมุม

How Realistic Is Spider-Man’s Web Slinging Antics?

Strength and Breaking Mechanism of Multiwalled Carbon Nanotubes Under Tensile Load

Strength of carbon nanotubes depends on their chemical structures

Tanakrit Srivilas

Tanakrit Srivilas

Jack of all trades, passionate about Biotechnology, Molecular genetics, Evolutionary biology, and Communication.

Related Posts

ถ้วยฟุตบอลโลกทำจากอะไร?
Material Science

ถ้วยฟุตบอลโลกทำจากอะไร?

byTanakrit Srivilas
19/12/2022
รูหนอนในฟิสิกส์ กับ Bifrost (God of war: Ragnarok)
Cosmology

รูหนอนในฟิสิกส์ กับ Bifrost (God of war: Ragnarok)

byTakol Tangphati
15/12/2022
เทคโนโลยี “Must Have” สำหรับฟุตบอลโลก 2022
Material Science

เทคโนโลยี “Must Have” สำหรับฟุตบอลโลก 2022

byTanakrit Srivilas
13/11/2022
แกมมาในชีวิตจริงอันตรายแค่ไหน
Health

แกมมาในชีวิตจริงอันตรายแค่ไหน

ในช่วงนี้ได้มีซีรี่...

byPeeranath Watthanasean
30/08/2022
The Principia

ส่งเสริมสังคมสร้างสรรค์ ด้วยการสื่อสารวิทยาศาสตร์

© 2021 ThePrincipia. All rights reserved.

The Principia Media

About Us
Members
Contact Us
theprincipia2021@gmail.com

Follow us

No Result
View All Result
  • ข่าว
  • เทคโนโลยี
    • หุ่นยนต์และปัญญาประดิษฐ์
    • วิศวกรรม
    • ยานพาหนะ
    • พลังงาน
    • เทคโนโลยีอาหาร
    • เทคโนโลยีการคำนวณ
    • เทคโนโลยีอวกาศ
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
    • วิทยาศาสตร์สุขภาพ
    • ชีววิทยาโมเลกุล
    • วิวัฒนาการ
    • สัตววิทยา
    • พฤกษศาสตร์
    • จุลชีววิทยา
    • กีฏวิทยา
    • นิเวศวิทยา
  • ดาราศาสตร์
    • ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
    • จักรวาลวิทยา
    • วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์
  • อื่น ๆ
    • ศิลปะ & วัฒนธรรม
    • คณิตศาสตร์
    • ประวัติศาสตร์
    • จิตวิทยา
    • ปรัชญา
    • วิทยาศาสตร์การกีฬา
    • Sci-fi
  • ร้านค้า