Павлиновая мантис-креветка (Odontodactylus scyllarus) обладает самым мощным ударом среди животных, сравнимым с выстрелом пули калибра.22 – её удар способна разрушить даже стекло аквариума. Скорость удара достигает 23 метра в секунду, что примерно в 50 раз превышает скорость моргания глаза.
Биологическая загадка заключалась в том, как животное избегает повреждений от собственных ударных волн. Каждая атака сопровождается образованием кавитационных пузырей, схлопывающихся и создающих дополнительные ударные волны, способные нанести вред мягким тканям.
Недавнее исследование, опубликованное 6 февраля в журнале Science, с применением лазерных технологий позволило изучить движение акустических волн в ударном органе. Выяснилось, что удар обеспечивается не только системой пружин и защёлок, но и особой микроструктурой, исполненной функцией фононического щита.
Ударный кулачок состоит из двух ключевых зон. В ударной области хитиновые волокна выложены в виде «елочки», что повышает сопротивление к трещинам. Под ней расположена периодическая зона, где волокна сложены в спиральную, геликоидальную структуру по модели Булинганда, аналогичной построению чешуи рыб и панцирей омаров, что придаёт материалу особую прочность и устойчивость.
Лазерные испытания показали, что акустические волны проходят через ударную зону без изменений, а затем замедляются в периодическом регионе. Такая дисперсия высокочастотных волн значительно снижает их энергию, предотвращая повреждение окружающих тканей.
Фононический щит, созданный благодаря уникальной организации волокон, активным образом блокирует, перенаправляет и рассеивает высокочастотные ударные волны, возникающие при схлопывании кавитационных пузырей. Профессор Horacio Dante Espinosa из Университета Нордвест, соавтор исследования, отметил: «Мы обнаружили, что он использует фононические механизмы — структуры, которые селективно фильтруют ударные волны».
Природное решение мантии позволяет наносить серию чрезвычайно быстрых ударов без самоповреждения. Принципы, лежащие в основе этой защиты, могут послужить основой для разработки звуко-фильтрующих материалов, способных минимизировать вред от взрывных импульсов в военной технике и контактных видах спорта.
Полученные данные демонстрируют, как естественная эволюция находит инновационные решения для защиты тканей от экстремальных физических нагрузок. Разработка технологий на основе принципов фононического щита открывает перспективы для создания новых материалов с расширенными защитными свойствами.
Изображение носит иллюстративный характер
Биологическая загадка заключалась в том, как животное избегает повреждений от собственных ударных волн. Каждая атака сопровождается образованием кавитационных пузырей, схлопывающихся и создающих дополнительные ударные волны, способные нанести вред мягким тканям.
Недавнее исследование, опубликованное 6 февраля в журнале Science, с применением лазерных технологий позволило изучить движение акустических волн в ударном органе. Выяснилось, что удар обеспечивается не только системой пружин и защёлок, но и особой микроструктурой, исполненной функцией фононического щита.
Ударный кулачок состоит из двух ключевых зон. В ударной области хитиновые волокна выложены в виде «елочки», что повышает сопротивление к трещинам. Под ней расположена периодическая зона, где волокна сложены в спиральную, геликоидальную структуру по модели Булинганда, аналогичной построению чешуи рыб и панцирей омаров, что придаёт материалу особую прочность и устойчивость.
Лазерные испытания показали, что акустические волны проходят через ударную зону без изменений, а затем замедляются в периодическом регионе. Такая дисперсия высокочастотных волн значительно снижает их энергию, предотвращая повреждение окружающих тканей.
Фононический щит, созданный благодаря уникальной организации волокон, активным образом блокирует, перенаправляет и рассеивает высокочастотные ударные волны, возникающие при схлопывании кавитационных пузырей. Профессор Horacio Dante Espinosa из Университета Нордвест, соавтор исследования, отметил: «Мы обнаружили, что он использует фононические механизмы — структуры, которые селективно фильтруют ударные волны».
Природное решение мантии позволяет наносить серию чрезвычайно быстрых ударов без самоповреждения. Принципы, лежащие в основе этой защиты, могут послужить основой для разработки звуко-фильтрующих материалов, способных минимизировать вред от взрывных импульсов в военной технике и контактных видах спорта.
Полученные данные демонстрируют, как естественная эволюция находит инновационные решения для защиты тканей от экстремальных физических нагрузок. Разработка технологий на основе принципов фононического щита открывает перспективы для создания новых материалов с расширенными защитными свойствами.
