กระดูกมนุษย์แข็งแรงกว่าเหล็กจริงหรือไม่?

เวลาพูดถึงของที่แข็งแรง หลายคนมักนึกถึงเหล็กทันที เพราะมันถูกใช้สร้างตึก สะพาน รถยนต์ หรือเครื่องจักรสารพัดอย่าง เหล็กดูเหมือนเป็นพระเอกสายถึกของโลกวัสดุ แต่มีของชิ้นหนึ่งที่อยู่กับมนุษย์มาตั้งแต่เกิดและทำหน้าที่รับแรงแบบเงียบๆ นั่นคือกระดูกของเราเอง

เรื่องน่าทึ่งคือ กระดูกมนุษย์ไม่ได้ชนะเหล็กเพราะมันแข็งกว่าแบบเอาไปตีแล้วไม่แตก แต่ชนะในเรื่องอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักกับความทนทานต่างหาก กระดูกเป็นวัสดุธรรมชาติที่ออกแบบมาให้เบา แต่ยังรับแรงกด แรงดึง และแรงกระแทกได้ดีมาก

ถ้าเอากระดูกกับเหล็กที่มีน้ำหนักเท่ากันมาเทียบกัน กระดูกสามารถรับแรงบางรูปแบบได้ใกล้เคียงหรือเหนือกว่าเหล็กหลายชนิด นี่เป็นเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์สนใจโครงสร้างของกระดูกมานาน เพราะมันไม่ได้เป็นแท่งตันๆ ธรรมดา แต่มันมีการจัดวางภายในที่ฉลาดมาก

กระดูกด้านนอกมีชั้นแข็งช่วยป้องกัน ส่วนด้านในเป็นโครงสร้างคล้ายฟองน้ำที่มีช่องว่างจำนวนมาก ช่องเล็กๆ เหล่านี้ช่วยลดน้ำหนัก แต่ยังคงความแข็งแรงเอาไว้ เหมือนการออกแบบสะพานที่ไม่ได้เทคอนกรีตเต็มทั้งก้อน เพราะถ้าทำแบบนั้นมันจะหนักเกินจำเป็น

หลายคนอาจเคยเห็นกระดูกแล้วรู้สึกว่ามันไม่น่าจะรับแรงได้เยอะ เพราะดูเหมือนชิ้นส่วนสีขาวๆ ที่เปราะ แต่ความจริงร่างกายต้องใช้กระดูกเดิน วิ่ง กระโดด ยกของ และรับแรงจากกิจกรรมทุกวัน ตั้งแต่ตื่นจากเตียงจนถึงออกกำลังกาย กระดูกต้องทำงานตลอดเวลา

กระดูกยังมีความสามารถที่เหล็กไม่มี นั่นคือมันซ่อมแซมตัวเองได้ เมื่อเกิดรอยร้าวเล็กๆ ร่างกายจะมีกระบวนการสร้างและปรับโครงสร้างกระดูกใหม่ ทำให้มันเปลี่ยนแปลงตามการใช้งาน นักวิ่ง นักยกน้ำหนัก หรือคนที่ออกกำลังกายเป็นประจำจึงมักมีกระดูกที่แข็งแรงขึ้น เพราะร่างกายได้รับสัญญาณว่าต้องเตรียมรับแรงมากขึ้น

แต่กระดูกก็ไม่ได้เป็นวัสดุอมตะ ถ้าโดนแรงกระแทกมากเกินไปก็หักได้เหมือนกัน โดยเฉพาะบริเวณที่ต้องรับแรงสูง เช่น ข้อมือ สะโพก หรือกระดูกสันหลัง ความแข็งแรงของกระดูกขึ้นกับอายุ อาหาร การออกกำลังกาย และสุขภาพของแต่ละคนด้วย

ความเจ๋งของกระดูกอยู่ตรงที่ธรรมชาติไม่ได้สร้างให้มันเป็นของแข็งที่สุด แต่สร้างให้มันทำงานได้ดีที่สุด มันต้องเบาพอให้เราเคลื่อนไหวได้ ต้องแข็งแรงพอให้ร่างกายอยู่ได้ และต้องมีความยืดหยุ่นพอที่จะไม่แตกง่ายเวลาเจอแรงสะเทือน

แนวคิดนี้ยังถูกนำไปใช้ในงานวิศวกรรมด้วย นักออกแบบวัสดุพยายามเลียนแบบโครงสร้างกระดูกเพื่อสร้างวัสดุที่เบาแต่แข็งแรง เช่น ชิ้นส่วนเครื่องบิน อุปกรณ์กีฬา หรือวัสดุสำหรับงานอวกาศ เพราะธรรมชาติเหมือนทิ้งตัวอย่างการออกแบบชั้นดีเอาไว้ให้มนุษย์ศึกษา

สุดท้ายแล้ว กระดูกไม่ได้ชนะเหล็กในทุกด้าน เหล็กยังเหมาะกับงานหนักที่ต้องรับแรงมหาศาล แต่ถ้าวัดกันที่ความแข็งแรงเมื่อเทียบกับน้ำหนัก กระดูกมนุษย์ถือเป็นหนึ่งในผลงานออกแบบจากธรรมชาติที่น่าทึ่งมาก ชิ้นส่วนเล็กๆ ในร่างกายที่เราแทบไม่เคยนึกถึง กลับเป็นโครงสร้างที่ทำงานหนักที่สุดชิ้นหนึ่งทุกวัน