تنفس مثل السمكة

سأل ابنه الصغير ألون بودنر، رجل الأعمال والمهندس، عما إذا كان بإمكان الناس التنفس تحت الماء مثل الأسماك. حفز هذا السؤال البحث، مما أدى إلى تطوير نظام التنفس تحت الماء، والذي يستخدم الهواء المذاب في الماء لتلبية احتياجات التنفس تحت الماء في الغواصات أو العيش تحت الماء أو الغوص الشخصي.

بقلم: يائيل هالفمان كوهين

سأل ابنه الصغير ألون بودنر، رجل الأعمال والمهندس، عما إذا كان بإمكان الناس التنفس تحت الماء مثل الأسماك.

حفز هذا السؤال البحث، مما أدى إلى تطوير نظام التنفس تحت الماء، والذي يستخدم الهواء المذاب في الماء لتلبية احتياجات التنفس تحت الماء في الغواصات أو العيش تحت الماء أو الغوص الشخصي.

"الأسماك تعرف كيف تفعل ذلك، فلماذا لا نفعل ذلك نحن؟ "افترض بودنر في بداية عملية التطوير، منذ حوالي عقد من الزمن. أدرك بودنر أن محاولات التقليد الكامل لنظام الخياشيم البيولوجي للأسماك لم تنجح، واقترح اتجاهًا آخر: استخدام الهواء المذاب في الماء للتنفس. تستخدم الأسماك أيضًا الهواء المذاب في الماء، لكن بما أن رئتينا تحتاج إلى الأكسجين في حالة تراكم الغاز، بالإضافة إلى فصله عن الماء، فمن الضروري أيضًا تحويل الهواء المذاب من حالة تراكم سائل إلى غاز.

هناك أكثر من 10 تريليون سمكة في البحر، وكلها تحتاج إلى الأكسجين للتنفس. وبطبيعة الحال، هناك الأكسجين المذاب في الماء، والذي يدخل إلى المحيطات من الغلاف الجوي في عملية انتشار، ثم ينتشر إلى العمق نتيجة عمليات معادلة الضغط. تبلغ كمية الهواء المذاب الموجود في الماء عند درجة حرارة 20° حوالي 1.5% من حجم الماء (في الحالة الغازية)، وكلما كانت المياه باردة، زاد الهواء المذاب الذي تحتوي عليه. يشكل الأكسجين حوالي 34% من الهواء الموجود في الماء (مقابل حوالي 21% في الغلاف الجوي). بالإضافة إلى ذلك، فإن كمية الهواء (والأكسجين) المذابة في الماء لا تتغير إلا نادرًا، على الأقل حتى عمق 200 متر. ومن ثم هناك كمية هائلة من الأكسجين الذائب في الماء، ويمكن فصله عنهما واستخدامه في التنفس تحت الماء.

يعتمد فصل الهواء عن الماء على "قانون هنري"، والذي بموجبه تتناسب كمية الغاز التي يمكن إذابتها في السائل بشكل مباشر مع الضغط على سطح السائل (عند الضغط الأعلى، يمكن إضافة المزيد من الغاز متحللة، والعكس صحيح). ومن ثم، فإذا أخذنا سائلاً به غازات مذابة عند ضغط ما في حالة مشبعة وخفضنا الضغط، ستنشأ حالة من فرط التشبع، وستخرج بعض الغازات من المحلول. ظاهرة مألوفة عند فتح زجاجة من المشروبات الغازية. تم استخدام هذه العملية الطبيعية لفصل الغاز عن الماء في النظام المطور.

حتى الآن، تم بناء نموذجين أوليين وتم تسجيل براءات اختراع في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا. تخطط مجموعة إيطالية تعمل على تطوير غواصة لاستخدام نظام يشبه السمكة لتزويد الطاقم بالهواء. تقوم منظمة تدعى: Human Underwater Society حاليًا بتطوير مختبر تحت الماء بالقرب من جزيرة تاهيتي، وهناك أيضًا نية لاستخدام هذا النظام.

وهذا مثال على التطور المستوحى من قدرات الأسماك على التنفس تحت الماء. ورغم أن التطبيق نفسه لا يعتمد على تقليد دقيق لعمل النظام البيولوجي، إلا أن الدافع للبحث جاء من الرغبة في تقليد هذه القدرة، في حين أن التطبيق يعتمد على قانون طبيعي، وهو في هذه الحالة قانون كيميائي .

اعرف المزيد: www.likeafish.biz