Новый ударопрочный материал из панцыря Рака-богомола

Природная броня.

Ученые исследуют панцирь рака-богомола в надежде, что его строение подскажет, как создать более прочные композитные материалы для военного и гражданского применения.

Новый ударопрочный материал из панцыря Рака-богомола

Считается, что раки-богомолы (они же — ротоногие) в животном мире — одни из лучших боксеров. Они способны ударить жертву передней хватательной ногой (ловчей ногочелюстью) из неподвижного состояния с начальной скоростью 23 м/с и ускорением 104 000 м/с². Это сравнимо с ускорением пистолетной пули в стволе. Поскольку удар очень быстрый и происходит в воде, он сопровождается созданием и последующим схлопыванием кавитационных пузырьков.

Таким образом, жертва ротоногого рака получает подряд мощнейший удар ногочелюстью и — так же очень сильный — гидравлический удар за счет кавитации. Такие поразительные боксерские способности нужны ротоногим для охоты. Есть два типа ротоногих: одних называют «копьеметателями», чемпионский удар позволяет им моментально убивать рыб, каракатиц, креветок, многощетинковых червей и другую подвижную добычу, других — «крушитель», они легко разбивают своими колотушками панцири моллюсков и ракообразных (см. например, очень наглядное видео).

Оба типа могут наносить серьезные ранения заинтересовавшимся им хищникам. При помощи своих ног-колотушек ротоногие выясняют отношения и друг с другом, как правило, оставаясь при этом в живых: спасает чрезвычайно прочный хитиновый панцирь.

Строением панциря раков-богомолов ученые интересуются давно. Еще в 2012 году группа исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California, Riverside) опубликовала в Science статью с результатами исследования внутренней области ударного «когтя» рака-богомола. Тогда выяснилось, что волокна хитина у ротоногих расположены не так, как у остальных ракообразных: они не прямые, а закручены в очень компактные геликоиды — структуры, напоминающие формой винтовые лестницы.

Такая структура делает панцирь невероятно устойчивым к нагрузкам, рассеивая энергию удара.

 

Структура внешнего слоя хитиновых покровов «ударного региона» передней ноги рака-богомола.

Структура внешнего слоя хитиновых покровов «ударного региона» передней ноги рака-богомола.

Теперь та же группа в содружестве с коллегами из Университета Пердью (Purdue University) исследовала «ударный регион» когтя рака-богомола. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.

В наружном слое «ударного региона» колотушки рака α-хитиновые волокна в окружении апатито-подобного вещества, как выяснилось, не только закручены в геликоиды, но и вдобавок уложены плотной «елочкой». Исследователи смоделировали эту структуру на компьютере и затем на основе полученного шаблона создали с помощью 3D-печати композитный материал.

Испытания показали, что данная структура действительно чрезвычайно эффективно сводит нагрузку на кончик «когтя» во время удара к минимуму.

«Ротоног-крушитель развил в результате эволюции исключительно сильный и ударопрочный палец-колотушку с одной единственной целью — иметь возможность питаться. Однако, чем больше мы узнаем об этом крошечном существе и его многослойных структурных конструкциях, тем лучше понимаем, насколько это может помочь нам в создании лучших самолетов, спортивного оборудования и брони», — сказал руководитель исследовательской группы Дэвид Кисаилус (David Kisailus).

 

Павлиний рак-богомол

Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.