Раки-богомоли допоможуть створити нові ударопрочні матеріали

Павліній рак-богомол.

Вчені досліджують панцир раку-богомола в надії, що його будова підкаже, як створити більш міцні композитні матеріали для військового і цивільного застосування.

Вважається, що раки-богомоли (вони ж - ротоногі) у тваринному світі - одні з найкращих боксерів. Вони здатні вдарити жертву передньою хапальною ногою (ловчою ногочелюстю) з нерухомого стану з початковою швидкістю 23 м/с і прискоренням 104 000 м/с. Це можна порівняти з прискоренням кулі в стовбурі. Оскільки удар дуже швидкий і відбувається у воді, він супроводжується створенням і подальшим схлопуванням кавітаційних бульбашок. Таким чином, жертва ротоногого раку отримує поспіль потужний удар ногочелюстю і - так само дуже сильний - гідравлічний удар за рахунок кавітації. Такі вражаючі боксерські здібності потрібні ротоногим для полювання. Є два типи ротоногих: одних називають «списометачами», чемпіонський удар дозволяє їм моментально вбивати риб, каракатиць, креветок, багатощетинкових хробаків та іншу рухливу здобич, інших - «аварійник», вони легко розбивають своїми колотушками панцирі молюсків і ракоподібних (див. наприклад, дуже наочне відео). Обидва типи можуть завдавати серйозних поранень зацікавленим їм хижакам. За допомогою своїх ніг-колотушок ротоногі з'ясовують стосунки і один з одним, як правило, залишаючись при цьому в живих: рятує надзвичайно міцний хітиновий панцир. Структура зовнішнього шару хітинових покровів «ударного регіону» передньої ноги раку-богомолу.

Будівлею панцира раків-богомолів вчені цікавляться давно. Ще в 2012 році група дослідників з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (University of California, Riverside) опублікувала в Science статтю з результатами дослідження внутрішньої області ударного «кігтя» раку-богомола. Тоді з'ясувалося, що волокна хітина у ротоногих розташовані не так, як у решти ракоподібних: вони не прямі, а закручені в дуже компактні гелікоїди - структури, що нагадують формою гвинтові сходи. Така структура робить панцир неймовірно стійким до навантажень, розсіюючи енергію удару.

Тепер та сама група в співдружності з колегами з Університету Пердью (Purdue University) досліджувала «ударний регіон» кігтя раку-богомола. Результати опубліковані в журналі Advanced Materials.

У зовнішньому шарі «ударного регіону» колотушки раку лід-хітинові волокна в оточенні апатито-подібної речовини, як з'ясувалося, не тільки закручені в гелікоїди, а й на додачу покладені щільною «ялинкою». Дослідники змоделювали цю структуру на комп'ютері і потім на основі отриманого шаблону створили за допомогою 3D-друку композитний матеріал. Випробування показали, що дана структура дійсно надзвичайно ефективно зводить навантаження на кінчик «кігтя» під час удару до мінімуму.

«Ротоног-аварійник розвинув в результаті еволюції виключно сильний і ударопрочний палець-колотушку з однією єдиною метою - мати можливість харчуватися. - Сказав керівник дослідницької групи Девід Кісаілус (David Kisailus), - Однак, чим більше ми дізнаємося про цю крихітну суту і його кращі багатошарові структурні конструкції, тим краще розуміємо, наскільки це може допомогти нам у створенні спортивного».