Prečo by mal Ant Man dusiť

Zmrštené superhrdinové majú problém s okysličovaním

Marvel superhrdina "Ant-Man" sa môže zmenšiť na veľkosť hmyzu. Fyzici teraz skúmajú, aké problémy by mu spôsobili. © W1000 / CC-by-sa 2.0
čítať nahlas

Super hrdinovia s dýchavičnosťou: miniatúrne superhrdinovia Marvel "Ant-Man" a "Wasp" by mali veľký problém - keby tieto komické a filmové postavy skutočne existovali. Pretože podľa fyzických pravidiel by sa udusili, len čo by sa zmenšili na veľkosť hmyzu, ako to určili fyzici. Dva účinky by spôsobili závažnú hypoxiu superhrdinov. Existuje však prostriedok nápravy - ak je do obleku integrovaná vhodná technológia.

Či už Ironman, Hulk alebo Spiderman: Mnoho superhrdinov z komiksu alebo filmu môže vykonávať takmer nadľudské úspechy. Niektorí pomáhajú s neobvyklými mutáciami svojich superveľmoci, iní sa spoliehajú na špičkové špeciálne obleky. Posledne menované sa týka aj „Ant-Mana“ a jeho kolegu „Wasp“, obidvoch superhrdinov z Marvel Universe. Vďaka exotickým časticiam „pym“ integrovaných v oblekoch sa môžu zmenšovať na submolekulárnu veľkosť bez straty ľudskej sily.

Dýchanie v miniatúrnej veľkosti

Ale mohol by človek prežiť takúto redukciu veľkosti teoreticky? Jeden aspekt teraz určili Anne Staples a Maxwell Mikel-Stites z Virginia Polytechnic Institute v Blacksburgu. Jej otázka: Dostali pľúca a orgány miniaturizovaných superhrdinov dostatok kyslíka? Aj keď to nie je problém pre hmyz približne rovnakej veľkosti, ich dýchací systém sa líši v niektorých zásadných spôsoboch od ľudských, ako vysvetľujú vedci.

Osoba teda berie vzduch iba otvorom - ústami. „Hmyz má na druhej strane zvyčajne šesť až jedenásť párov dier, zvyčajne jeden pár na jeden segment, “ hovorí Staples a Mikel-Stites. Ďalší rozdiel: Ľudia nedistribuujú kyslík priamo v tele, ale pomocou svojich červených krviniek. Na druhej strane, v prípade hmyzu, dýchací vzduch spolu s kyslíkom difunduje cez tracheálny systém priamo do orgánov.

Tenké ako na Mount Everest

Čo by sa zmenilo pre Ant-Mana a Waspa, keď sa zmenšili? Ako vedci zistili, miniaturizované superhrdinové by mali dva veľké problémy. Prvým je dostupnosť molekúl kyslíka vo vzduchu: „Človek normálnej veľkosti zhlboka nadýchne určitý počet molekúl kyslíka, “ vysvetľuje Mikel-Stites. „Ale ak sa táto osoba zmenší na mravca, absorbuje oveľa menej kyslíka na dych.“ V prípade Ant-Mana je to iba jej 140. frakcia. zobraziť

Dôvod: efektívna hustota vdychovaného plynu pre mini-superhrdinu klesá. Z hľadiska veľkosti tela a objemu jeho dychu sú molekuly kyslíka v okolitom vzduchu oveľa tenšie, ako vedci vysvetľujú: „Super hrdinovia Môžete sa cítiť, akoby ste stáli na vrchole čreva Mount Everest v nadmorskej výške 8 000 metrov. ““

Príliš málo kyslíka

Ant-Man by preto pri každom dychu prijímal rovnako malé množstvo kyslíka ako vo vzduchu vysokej výšky na vrchole of so zodpovedajúcimi dôsledkami. „Telo sa snaží pracovať s menším množstvom kyslíka a začnete nedobrovoľne kompenzovať nedostatok dýchaním rýchlejšie, “ hovorí Mikel-Stites. To však často vedie k chorobám vo veľkých výškach alebo k nebezpečnému pľúcnemu edému.

Hmyz tento problém dýchacích ciest vyrieši niekoľkými dýchacími otvormi. Výsledkom je, že môžu dýchať až 20-krát viac vzduchu súčasne ako osoba s rovnakou veľkosťou. To pomáha privádzať do tela potrebné množstvo kyslíka. Ant-Man a Wasp však majú iba ústa, aby mohli dýchať entsprechend a podľa toho malý objem dychu.

Ďalším problémom sú Ant-Man a Wasp: Kleiberov zákon hovorí, že rýchlosť metabolizmu zvieraťa sa zvyšuje s klesajúcou veľkosťou. Čím menšie je zviera, tým viac energie spotrebuje a tým vyššia je jeho spotreba kyslíka. Keď sa teda Ant-Man zmenší na veľkosť hmyzu, jeho rýchlosť metabolizmu by sa podľa Kleiberovho zákona mala zvýšiť podľa odhadov vedcov na 100-krát.

Kompresor v obleku

Existuje však riešenie na záchranu superhrdinov pred zadusením napriek týmto problémom: ich oblek. „Na to, aby mohli dýchať Ant-Man a Wasp, je potrebná kombinácia vzduchového čerpadla, kompresora a molekulárneho filtra, “ hovorí Staples a Mikel-Stites. V mikrofluidickej technológii už existujú zodpovedajúce zariadenia, ktoré stále efektívne fungujú v miniatúrnom meradle.

Čerpadlo zabudované do obleku nasáva vzduch, ktorý sa potom koncentruje v kompresore na dostatočne vysokú hustotu. Filter zaisťuje, že stlačený vzduch je obohatený kyslíkom. Vzduchovou hadicou sa tento vzduch bohatý na kyslík nasmeruje na povrch superhrdinov. "Pretože obleky zahŕňajú tvárovú masku, prívod vzduchu sa tam dá ľahko integrovať, " uviedli vedci. Ant-Man a Wasp by sa prinajmenšom teoreticky zachránili pred respiračnými ťažkosťami. (Stretnutie americkej fyzickej spoločnosti 2018; abstrakt)

(Americký fyzikálny inštitút (AIP), 20.11.2018 - NPO)