Учёные исследуют панцирь рака-богомола в надежде, что его строение подскажет, как создать более прочные композитные материалы для военного и гражданского применения.
Считается, что раки-богомолы (они же — ротоногие) в животном мире — одни из лучших боксёров. 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 счёт кавитации. Такие поразительные боксёрские 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 серьёзные 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 учёные интересуются давно. Ещё 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.
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 [TBS_POPOVER placement=»top» title=»α-Хитин» content=»Одна из трёх основных форм структуры молекулы хитина, наиболее плотно упакованная, с наибольшей средней молекулярной массой и, как следствие, представляющая собой наиболее прочный вариант данного полимера.» style=»border: 1px solid #ddd; padding: 3px;»]α-хитиновые[/TBS_POPOVER] волокна в окружении апатито-подобного вещества, как выяснилось, не только закручены в геликоиды, но и вдобавок уложены плотной «ёлочкой». 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. — Сказал руководитель исследовательской группы Дэвид Кисаилус (David Kisailus), — Однако, чем больше мы узнаём об этом крошечном существе и его многослойных структурных конструкциях, тем лучше понимаем, насколько это может помочь нам в создании лучших самолётов, спортивного оборудования и брони».