รังปลวกสู่ตึกที่ปรับอากาศได้โดยไม่ใช้ไฟฟ้า

นักวิทยาศาสตร์รู้กันมานานแล้วว่ารังปลวกใหญ่ๆที่เราเห็นนั้นเป็นโครงสร้างที่ระบายอากาศ ระบายน้ำและควบคุมอุณหภูมิภายในให้เหมาะสมกับการดำรงชีวิตของปลวกได้เป็นอย่างดี โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรที่ซับซ้อนแต่อย่างใด

แน่นอนว่า วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์พยายามศึกษามัน ส่วนหนึ่งเพื่อการนำไปสร้างตึกที่ประหยัดพลังงานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรังปลวก แต่ปัญหาคือ เรายังไม่แตกฉานว่ากลไกทั้งหลายเหล่านี้เป็นอย่างไรกันแน่

ล่าสุด ทีมนักวิจัยอันประกอบด้วยวิศวกร นักเคมี นักชีววิทยา และนักคณิตศาสตร์ นำโดยราชวิทยาลัยลอนดอน (Imperial College London) ร่วมกันศึกษารังปลวกสายพันธุ์ T. geminatus ในประเทศ เซเนกัล และประเทศกินีในแอฟริกา ด้วยการถ่ายภาพรังสีเอกซ์สามมิติ (3-D X-ray imaging) เพื่อไขปริศนาดังกล่าว จากนั้นตีพิมพ์ผลการศึกษาลงในวารสาร Science Advances เมื่อวันที่ 22 มีนาคม ค.ศ. 2019 ที่เพิ่งผ่านมานี้

ทีมวิจัยเริ่มจากถ่ายภาพรังสีเอกซ์แบบหยาบๆเพื่อให้เห็นโครงสร้างโดยรวมของรังปลวก ซึ่งรังปลวกจะแบ่งออกเป็นสองส่วนคือ รังชั้นนอกและรังชั้นใน โดยรังชั้นนอกจะมีช่องทางเดินน้อยกว่ารังชั้นใน รวมทั้งมีความหนาของผนังที่แตกต่างกัน

การศึกษากว้างๆยังพบว่าองค์ประกอบของรังปลวกทั้งสองประเทศก็แตกต่างกัน โดยปลวกในประเทศเซเนกัลใช้แร่ควอตซ์ในสัดส่วนที่มากกว่ามาผสมกับโคลนเพื่อสร้างเป็นรัง แต่ปลวกในกินีใช้โคลนมากกว่าแร่ควอตซ์

ต่อมาเมื่อถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์อย่างละเอียด สิ่งที่ทีมวิจัยนี้ค้นพบคือ ผนังของรังปลวกมีโครงสร้างรูพรุนขนาดใหญ่(หลัก มิลลิเมตร)และเล็ก(หลักสิบไมโครเมตร)แทรกอยู่ ซึ่งรูเหล่านี้ช่วยในการแลกเปลี่ยนแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กับภายนอก เมื่อกระแสลมภายนอกแรง แก๊สคาร์บอนไดอกไซด์จะเคลื่อนที่ออกจากรูขนาดเล็กได้อย่างอิสระ แต่เมื่อกระแสลมภายนอกเบา แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะเคลื่อนผ่านรูที่มีขนาดใหญ่ด้วยการแพร่ (diffusion)

เมื่อทำการจำลองด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ก็พบว่าแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สามารถเคลื่อนผ่านออกสู่ชั้นบรรยากาศภายนอกได้จริงๆ

เมื่อพิจารณาด้านการระบายความร้อน ภายในรูขนาดใหญ่ที่ผนังรังด้านนอกจะมีอากาศแทรกอยู่ซึ้งจะช่วยกันไม่ให้ความร้อนจากภายนอกเข้าสู่ภายในรังได้โดยง่าย ในลักษณะเดียวกับหน้าต่างกันความร้อนที่เป็นกระจกสองชั้น ข้อดีของการมีรูขนาดใหญ่อีกอย่างคือ มันช่วยให้ปลวกลดวัสดุในการสร้างรังลงได้มากถึง 11-14% เมื่อเทียบกับรังที่สร้างโดยไม่มีรูขนาดใหญ่เลย ที่สำคัญรูขนาดใหญ่ยังช่วยในการระบายน้ำฝนให้ออกจากรังได้รวดเร็วขึ้นด้วย

รูขนาดจิ๋วยังมีสมบัติอีกอย่างที่นักวิจัยคาดไม่ถึง นั่นคือ capillary action ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่ของเหลวสามารถไหลผ่านเข้าสู่ท่อขนาดเล็กมากๆได้โดยไม่จำเป็นต้องมีแรงภายนอกมาดึงแต่อย่างใด (ปรากฏการณ์ดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้พืชใช้ในการลำเลียงน้ำผ่านท่อน้ำเล็กๆไปสู่ยอดได้) สำหรับรังปลวก ปรากฏการณ์ capillary action จะดึงน้ำออกจากรูขนาดใหญ่เข้าสู่รูเล็กๆทำให้รูขนาดใหญ่ว่างอยู่เสมอ ช่วยให้รังปลวกยังระบายอากาศได้แม้ในช่วงเวลาที่มีฝนตก

ทั้งหมดที่กล่าวมานี้คือ สถาปัตยกรรมสิ่งที่ปลวกไม่ได้คิดหรือออกแบบด้วยมันสมอง แต่เป็นผลพวงของวิวัฒนาการที่ได้คัดเลือกรังที่เหมาะสมกับการดำรงอยู่มากที่สุดให้กับปลวกเหล่านี้

ในอนาคต ทีมนักวิจัยต้องการศึกษาปลวกชนิดที่มีการเลี้ยงเชื้อราไว้ในรังในประเทศอินเดียและนามิเบีย ซึ่งลักษณะของรังแตกต่างออกไป เพื่อที่นักวิจัยจะได้นำความรู้การสร้างรังทั้งหมดมารวบรวมเป็นบทสรุปเดียวซึ่งอาจนำมาใช้ในการออกแบบที่อยู่อาศัยของมนุษย์เราในอนาคต

บทความโดย อาจวรงค์ จันทมาศ

อ้างอิง

http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaat8520

https://phys.org/news/2019-03-x-rays-reveal-termites-self-cooling-self-ventilating.html

https://www.imperial.ac.uk/news/190633/x-rays-reveal-secrets-termites-self-cooling-self-draining/

Date

เมษายน 1, 2019