Žralok je jedinečný plavec, rychlý a tichý, a takových výsledků dosáhl především díky jedinečné struktuře své kůže. Žraločí kůže je pokryta drobnými šupinkami (kožními dentikuly), což jsou dentinové destičky s reliéfním povrchem. Každá destička je zakončena vyčnívajícím smaltovaným hřbetem, uvnitř něj, jako ve skutečném zubu, jsou cévy a nervová zakončení. Tvar šupin se u různých druhů a dokonce i u různých zástupců stejného druhu liší. Na ploutvích a těle žraloka jsou zuby také různého tvaru. V posledních letech se vědci aktivně zajímají o to, jak drsné šupiny ovlivňují odolnost vůči vodě. Specialisté z Harvardské univerzity pod vedením profesora George Laudera se tímto problémem zabývají již několik let. Vědci analyzovali stacionární modely šupin a také hydrodynamické vlastnosti kousků skutečné kůže. Tyto experimenty ukázaly, že drsnost zlepšuje hydrodynamické vlastnosti povrchu, ale vědci bohužel nemohli změnit strukturu šupin, a proto podrobně studovat vliv různých parametrů na rychlost plavání. Při pokusech s přirozenou žraločí kůží tedy použili jako kontrolu leštěné úlomky s obroušenými šupinami. Ošetřený povrch však stále zůstával drsný, výzkumníci nedosáhli „hladké“ kontroly. Rozhodli se tedy vyrobit umělou kůži složenou z tuhých zubů připevněných k pružné membráně a otestovat ji za různých hydrodynamických podmínek. V tomto případě lze změnit tvar a strukturu šupin a pro srovnání použít čistou membránu.
Vědci prozkoumali fragment kůže žraloka sleďového, známého také jako žralok mako Isurus oxyrinchus, uloveného poblíž Bostonu, a pomocí počítačové tomografie získali podrobné trojrozměrné snímky jeho kožních zubů. Poté byly na bD tiskárně vytištěny tisíce umělých tvrdých zubů. Skutečné žraločí šupiny jsou tak malé, že je tiskárna nedokáže přesně znovu vytvořit. Vědci museli vyrobit model zvětšený 12,4krát. Ale i při tomto zvětšení se ukázalo, že umělé měřítko je malinké – na délku mělo pouhých 1,5 mm.
Umělé tvrdé váhy jsou pevně „ukotveny“ v pružné membráně o rozměrech 177 x 77 mm. Jako kontrolu použili vědci hladkou membránu, a aby se hmotnostně nelišila od prototypu, udělali ji trochu tlustší. Umělá kůže nebo hladká membrána byla z obou stran nalepena na plát pružného plastu. Vzorky byly umístěny do nádrže s vodou a testovány při různých rychlostech průtoku. Vědci použili zařízení, které umožnilo vzorku ohýbat se při různých amplitudách a rychlostech a simulovat tak pohyby žraločí kůže během plavání.
V mnoha experimentech má kůže pokrytá šupinami výhody oproti hladké pokožce. Pokud je vzorek stacionární, má menší statický odpor. Když kmitá, usnadňuje žralokovi plavání. Například s frekvencí kmitání 1,5 Hz a amplitudou jeden centimetr by se rychlost pohybu měla zvýšit o 6,6 % a zároveň snížit energetický výdej o 5,9 %. Hydrodynamická charakteristika kůže zřejmě závisí nejen na geometrii šupin, ale také na jejich vzájemné poloze, která se během pohybu mění. Rychlost kmitání vzorku ovlivňuje jeho zakřivení, a tedy vzájemnou polohu zubů, dynamiku proudění vody u hladiny a rychlost plavání.
George Lauder a jeho spolupracovníci si pochvalují 3D tisk, který umožňuje velmi rychle vyrobit poměrně velký a složitý vzorek, který kombinuje materiály s různými mechanickými vlastnostmi. Žádná jiná metoda nedokáže reprodukovat strukturu žraločí kůže s takovou přesností. Jediným omezením metody je, že 3D tiskárna neumí tisknout velmi malé díly, takže se výzkumníci museli spokojit se zmenšeným modelem. Nedodržení rozměrů však experimentu nezabránilo. Různé druhy žraloků mají navíc různě velké šupiny a některé z nich lze znovu vytvořit v životní velikosti.
Nyní, když vědci vyvinuli technologii pro 3D tisk umělé žraločí kůže, mohou změnit velikost, morfologii a relativní polohu denticlů, což otevírá nové možnosti pro studium hydrodynamických vlastností různých drsných povrchů. Takové studie pomohou pochopit, proč mají žraloci na různých částech těla různé šupiny. A samozřejmě bude mít práce praktický význam.
Na základě článku: Li Wen, J. C. Weaver a G. V. Lauder „Biomimetická žraločí kůže: design, výroba a hydrodynamická funkce“, The Journal of Experimental Biology, 2014, 217, 1656-1666 doi:10.1242/jeb.097097
