У креветок-богомолов самый быстрый удар в океане. Теперь мы знаем, как выживают их клешни

Ротоногие или креветки-богомолы — довольно грозное животное. Хоть это не креветки и не богомолы, а морское ракообразное размером всего 10 сантиметров, которое может наносить самые быстрые удары в океане. Мы говорим о 23 метров в секунду и 1500 ньютонов силы на удар.

«Подумайте о том, чтобы бить в стену пару тысяч раз на такой скорости и не сломать кулак», — сказал ученый из Калифорнийского университета Дэвид Кисайлус. «Это довольно впечатляюще, и это заставило нас задуматься о том, как это происходит».

При ближайшем рассмотрении команда обнаружила кое-что удивительное — то, что креветка-богомол имеет ударопрочное покрытие из наночастиц, которое позволяет ей бить с безрассудной энергией, в то время как покрытие выполняет тяжелую работу по поглощению и рассеиванию энергии. Исследование было опубликовано неделю назад в журнале Nature Materials.

В случае, если вы пропустили шумиху вокруг этих маленьких штамповочных машин, некоторые виды креветок-богомолов могут использовать свои клешни, как подпружиненный молоток. За доли секунды эти «сокрушители» обрушиваются на свою твердую добычу, такую ​​как улитки или крабы, и раскалывают прочные раковины моллюсков, словно это яйца.

Все это хорошо известно. Предыдущие исследования показали, насколько эффективно их оружие, а в некоторых исследованиях даже использовались креветки-богомолы для создания совершенно нового материала.

«Эти исследования показали, что спиралевидное расположение минерализованных альфа-хитиновых волокон в сочетании с архитектурой типа елочки, которая является результатом градиента минерализации, может отклонять и искажать распространение трещин», — поясняет команда в новой статье. «Хотя вышеупомянутые исследования дают представление о механизмах ударов, эффекты этих множественных ударов с высокой скоростью деформации, подобные тем, которые встречаются в естественной среде обитания креветок-богомолов, до сих пор не известны».

Команда использовала просвечивающую электронную и атомно-силовую микроскопию, чтобы получить исключительно крупный план поверхности клуба креветок-богомолов (Odontodactylus scyllarus), и обнаружила, что покрытие состоит из плотной матрицы минерала, называемого гидроксиапатит сформирован в нанокристаллическую структуру.

Когда дубинка ударяется о поверхность, сам гидроксиапатит вращается, но структура нанокристалла разрушается, а затем медленно восстанавливается.

«При относительно низких скоростях деформации, частицы деформируются почти как зефир и восстанавливаются после снятия напряжения», — говорит Кисайлус. «При высокой деформации частицы затвердевают и ломаются на границах раздела нанокристаллов».

Этот механизм действительно впечатляет, он превосходит многие инженерные материалы по жесткости и коэффициенту демпфирования, и в будущем он может найти невероятное применение.

«Это редкое сочетание, которое превосходит большинство металлов и технической керамики», — сказал Кисайлус. «Мы можем представить себе способы создания подобных частиц для добавления улучшенных защитных поверхностей для использования в автомобилях, самолетах, футбольных шлемах и бронежилетах».

DOI: 10.1038/s41563-020-0768-7