Ученые проверили, как креветки павлина мантис (Odontodactylus scyllarus) доставляет свои разрушительные удары, не повреждая собственное тело.
Креветки богомола — это мощные маленькие ракообразные: с одним сильным ударом они могут разбить раковину с силой пули калибра.
Теперь ученые обнаружили, как красочные беспозвоночные используют силу физики в качестве щита. Их кулак, называемый Dactyl Club, имеет защитную структуру с несколькими слоями, которые, по словам команды, может однажды вдохновить устойчивое к воздействию снаряжение для людей. Их выводы были опубликованы в журнале Наука на прошлой неделе.
«Чтобы неоднократно выполнять эти высокие удары, дактильный клуб мантис-креветков должен иметь надежный механизм защиты для предотвращения самостоятельного представления»,-объясняет Хорасио Эспиноса, инженер в Северо-Западном университете, который руководил этим исследованием. «Мы обнаружили, что он использует фононические механизмы — структуры, которые селективно фильтровали стрессовые волны. Это позволяет креветкам сохранять свою поразительную способность в течение нескольких ударов и предотвратить повреждение мягких тканей».
Команда исследователей проверила гипотезу о том, что устойчивость Peacock Mantis Crimps происходит от структуры его дактильных клубов. Внешняя часть клуба покрыта слоями минерализованных волокон, которые образуют V-образный рисунок елочной кости, давая ему сопротивление. Внизу, как штопоры, похожие на пачки волокон, образуют так называемую структуру Bouligand, где волокна раздувается в разных направлениях.
В 2015 году исследователи предположили, что структура Bouligand в нижнем слое могла отфильтровать определенные высокочастотные удары из удара, предотвращая поврежденные вибрации возвращаются в тело крючковой креветки. Но ученые не доказали это в лаборатории.
«Это были в основном теоретические расчеты», — говорит Хортенс Ле Ферран, научный сотрудник и инженер из Технологического университета Наняна в Сингапуре, который не был связан с исследованием, с Джейком Бюлером в Science NewsПолем
Таким образом, северо -западные исследователи провели различные эксперименты, чтобы подтвердить эту идею. Они использовали лазеры для анализа, как стрессовые волны проходят через клуб мантис-креветков и использовали высокочастотные импульсы, чтобы заглянуть в внутреннюю работу микроструктуры брони.
Их работа показала, что внешний слой волокон елочки помогает клубу противостоять взломам от удара, в то время как внутренняя структура Булиганда может избирательно поглощать высокочастотные напряженные волны, которые в противном случае могли бы нанести вред остальной части конечности.
Результаты подчеркивают «потенциал использования этих естественных дизайнов для технологических применений», — говорит Никола Пугно, научный сотрудник по материалам из Лондонского университета королевы Марии, который не участвовал в исследовании, в Nature News‘Davide Castelvecchi. По словам исследователей, эта структура может вдохновить новые конструкции для защитного военного и спортивного оборудования, а также устойчивые к воздействию покрытия и улучшенные материалы для аэрокосмической промышленности.
В то время как в исследовании использовались 2D -модели ударных волн, необходимы более сложные 3D -моделирование, чтобы полностью запечатлеть, как работает структура клуба, добавляет Espinosa в заявление. «Кроме того, проектирование водных экспериментов с современными инструментами позволит нам исследовать, как функционируют фононные свойства в погруженных условиях».
