Креветки-богомолы прославились ультрабыстрыми атаками, способными раскалывать раковины и даже образовывать в воде пузырьки, которые затем сразу implodируют. Исследователи обратили внимание на то, что эти небольшие обитатели океана, в частности вид Peacock mantis shrimp (Odontodactylus scyllarus), повторяют удары невероятной мощности, превышающей тысячу раз их собственный вес, при этом сами не получают повреждений и продолжают атаковать с такой же силой.
Учёные долгое время считали, что главная причина стойкости конечностей кроется в особой многослойной структуре брони на передних конечностях. Внешние минеральные слои содержат хитин, а под ними располагаются толстые слои хитиновых волокон, повёрнутых относительно друг друга под небольшим углом. Получающаяся таким образом спиралеобразная «Bouligand structure» и позволяет направлять высокоэнергетические волны так, чтобы они не наносили серьёзного ущерба.
До недавнего времени подобную эффективность объясняли в основном расчётами. «It was mostly theoretical calculations... there was not really any proof... a lot of negative doubt», – отметила Хортенс Ле Ферран (Hortense Le Ferrand) из Наньянского технологического университета в Сингапуре, указывая на нехватку прямых доказательств. Однако команда инженера Хорасио Эспиносы (Horacio Espinosa) из Северо-Западного университета (Эванстон, Иллинойс) решила проверить эту гипотезу экспериментально.
Исследователи применили лазерные импульсы к срезам панциря креветок-богомолов, покрытым слоем алюминия. Быстрое нагревание и расширение вызывало образование высокоэнергетических волн, распространение которых в материале фиксировалось специальными датчиками. По словам Эспиносы, минеральные верхние слои снижают риск микротрещин, а глубокие, закрученные хеликсоподобные слои сводят к минимуму передачу самых разрушительных волн к мягким тканям.
Федерико Бозиа (Federico Bosia) из Политехнического университета Турина (Италия) подчёркивает, что такие «волноуправляющие» свойства обычно относят к искусственно созданным материалам. Однако природа демонстрирует массу примеров, подобных брони креветки-богомола: некоторые чешуйки на крыльях мотыльков снижают уровень эха, защищая их от эхолокации летучих мышей.
Многие исследователи рассматривают практические приложения этой структурной особенности, включая создание ударопрочных панцирей, защитных покрытий и компонентов в аэрокосмической отрасли. Материаловед Дэвид Кисэйлус (David Kisailus) из Калифорнийского университета в Ирвайне уже экспериментирует с синтетическими «спиральными» волокнами для улучшения прочности лопастей ветрогенераторов, деталей самолётов и даже хоккейных клюшек.
Кисэйлус полагает, что в живой природе ещё немало неизученных стратегий укрепления материалов и снижения вибрационных нагрузок. «I know that there are many, many blueprints out there just waiting to be revealed in nature's plethora of organisms», – утверждает он, подчёркивая, насколько эти биологические идеи могут найти применение в самых разных сферах.
Таким образом, февральское исследование (опубликовано 7 февраля в журнале Science) доказывает эффективность многослойной структуры булиганд, сохраняющей целостность «боксерских перчаток» креветки-богомола. Подобные открытия помогают глубже понять, как живые организмы адаптируются к экстремальным нагрузкам, и подталкивают к созданию высокопрочных материалов, вдохновлённых самой природой.
Изображение носит иллюстративный характер
Учёные долгое время считали, что главная причина стойкости конечностей кроется в особой многослойной структуре брони на передних конечностях. Внешние минеральные слои содержат хитин, а под ними располагаются толстые слои хитиновых волокон, повёрнутых относительно друг друга под небольшим углом. Получающаяся таким образом спиралеобразная «Bouligand structure» и позволяет направлять высокоэнергетические волны так, чтобы они не наносили серьёзного ущерба.
До недавнего времени подобную эффективность объясняли в основном расчётами. «It was mostly theoretical calculations... there was not really any proof... a lot of negative doubt», – отметила Хортенс Ле Ферран (Hortense Le Ferrand) из Наньянского технологического университета в Сингапуре, указывая на нехватку прямых доказательств. Однако команда инженера Хорасио Эспиносы (Horacio Espinosa) из Северо-Западного университета (Эванстон, Иллинойс) решила проверить эту гипотезу экспериментально.
Исследователи применили лазерные импульсы к срезам панциря креветок-богомолов, покрытым слоем алюминия. Быстрое нагревание и расширение вызывало образование высокоэнергетических волн, распространение которых в материале фиксировалось специальными датчиками. По словам Эспиносы, минеральные верхние слои снижают риск микротрещин, а глубокие, закрученные хеликсоподобные слои сводят к минимуму передачу самых разрушительных волн к мягким тканям.
Федерико Бозиа (Federico Bosia) из Политехнического университета Турина (Италия) подчёркивает, что такие «волноуправляющие» свойства обычно относят к искусственно созданным материалам. Однако природа демонстрирует массу примеров, подобных брони креветки-богомола: некоторые чешуйки на крыльях мотыльков снижают уровень эха, защищая их от эхолокации летучих мышей.
Многие исследователи рассматривают практические приложения этой структурной особенности, включая создание ударопрочных панцирей, защитных покрытий и компонентов в аэрокосмической отрасли. Материаловед Дэвид Кисэйлус (David Kisailus) из Калифорнийского университета в Ирвайне уже экспериментирует с синтетическими «спиральными» волокнами для улучшения прочности лопастей ветрогенераторов, деталей самолётов и даже хоккейных клюшек.
Кисэйлус полагает, что в живой природе ещё немало неизученных стратегий укрепления материалов и снижения вибрационных нагрузок. «I know that there are many, many blueprints out there just waiting to be revealed in nature's plethora of organisms», – утверждает он, подчёркивая, насколько эти биологические идеи могут найти применение в самых разных сферах.
Таким образом, февральское исследование (опубликовано 7 февраля в журнале Science) доказывает эффективность многослойной структуры булиганд, сохраняющей целостность «боксерских перчаток» креветки-богомола. Подобные открытия помогают глубже понять, как живые организмы адаптируются к экстремальным нагрузкам, и подталкивают к созданию высокопрочных материалов, вдохновлённых самой природой.
