Креветка-богомол, легендарный океанский воин и легенда интернет-юмора морской биологии — является вдохновением для исследования новых композитных материалов.
Существует множество областей применения высокоэффективных ударопрочных композиционных материалов, и ученые и инженеры постоянно ищут способы сделать материалы более прочными, легкими и универсальными. Особый интерес со стороны военных и промышленных кругов вызывают более прочные и легкие материалы для бронетехники, авиации и автомобилестроения.
Зачем изучать креветку-богомола?
Большинство владельцев рифовых аквариумов знают о мастерстве охоты креветок-богомолов, а также об оружии, которое они разработали для отлова своей добычи.
Существует два основных типа креветок, сгруппированных по форме и функции их специализированного набора вторых ног, называемых хищническими придатками. Креветки типа Slasher или Stabber создали острое копье, которое они используют с мастерством ниндзя, благодаря чему получили прозвище "Thumb Splitter" (дословный перевод - «Разделитель большого пальца»).
Второй тип креветок-богомолов — это Smasher (сокрушитель), получивший свое название за дубинку, которую он использует, чтобы убить добычу и открыть твердые раковины моллюсков, ракообразных и брюхоногих моллюсков. Ученые и инженеры изучают конструкцию креветок типа "Богомол", ищут идеи по созданию более легких и прочных композитных материалов.
Настоящая красавица и зверь в жизни
Павлинья креветка-богомол или рак-богомол роскошный от лат. Odontodactylus scyllarus (который на самом деле не является ни богомолом, ни креветкой) - это распространенный вид креветок-богомолов, найденных в теплых водах Индо-Тихого и Индийского океанов. Иногда его держит более предприимчивый морской аквариумист, этот маленький Stomatopod (Ротоногий) - удивительное сочетание поразительной красоты и безжалостного охотника.
Павлин-богомол может выстреливать своей сокрушительной дубинкой в 50 раз быстрее, чем моргает человеческий глаз, со скоростью выстрела пули 22 калибра. Дубинка выстреливает так быстро и с такой силой, что окружающая вода вскипает в процессе, называемом суперкавитацией.
Возникающие в результате удары и ударная волна разрушительны для их предполагаемой добычи. Богомол может ударить своим дубинным оружием тысячи раз, с силой удара более чем в 1000 раз превышающей его собственный вес, без каких-либо повреждений. Известно, что ротоногие могут разбивать стеклянные аквариумы. Эта удивительная способность креветок заинтересовала ученых.
Исследования
В исследовании "Био-вдохновленные ударопрочные композиты" опубликованном в журнале Acta Biomateriala, группа исследователей под руководством Калифорнийского университета, Риверсайд, в сотрудничестве с Университетом Южной Калифорнии и Университетом Пердью, изучила структуру сокрушительной дубинки креветки-богомола.
Команда искала элементы дизайна, которые потенциально могли бы быть использованы для улучшения промышленных композитных материалов, применяемых в авиации, военной брони, защитных шлемах и автомобильных панелях.
При изучении структуры дубинки креветок они обнаружили геликоподобное расположение минерализованных волокон, что сделало дубинку невероятно ударопрочным и поглощающим энергию. Затем они применили эту архитектуру дизайна к ударопрочным композиционным материалам из углеродного волокна и протестировали их на соответствие аналогичным композиционным материалам, используемым в авиационной промышленности. Результаты показали улучшение общей прочности материала с реальными перспективами производства в будущем.
Будущие исследования
Исследование креветок-богомолов показало настолько многообещающие результаты, что исследовательская группа получила грант Министерства обороны в размере 7,5 миллиона долларов США для продолжения своих исследований.
Текущие исследования будут включать изучение структурных конструкций более чем 20 организмов, таких как клювы птиц, раковины улиток, рога млекопитающих. Все они сделаны из относительно простых биологических материалов, таких как хитин и кератин, но при этом обладают невероятной механической прочностью.