Креветка-богомол — не просто красивое пестрое ракообразное. В ее конечностях — чудовищная сила. Как, обладая самым стремительным ударом на морском дне, креветке-богомолу удается не сломать «кулак» о прочные раковины пожираемых ею моллюсков?
Для удара креветки-богомолы Odontodactylus scyllarus используют пару ногочелюстей, которые покрыты острыми шипами. Конечности ракообразного, не превышающего 30 сантиметров в длину, практически мгновенно развивают скорость до 80 километров в час. Это в 50 раз быстрее моргания глаза. Сила удара составляет около полутора тысяч ньютонов, что позволяет разбивать твердые раковины моллюсков легко, словно яичную скорлупу. За десятитысячные доли секунд улитки и крабы становятся абсолютно беззащитными перед удивительным морским созданием.
Как же чудо-креветке удается тысячи раз наносить чудовищный удар по твердой поверхности и не сломать конечности? Ответ недавно нашли ученые из Калифорнийского университета в Ирвайне. В статье, опубликованной в журнале Nature Materials, группа исследователей описала прочное покрытие из наночастиц, которое поглощает и рассеивает энергию ударного воздействия гигантской величины.
Используя электронный и атомно-силовой микроскоп с высоким разрешением, ученые обнаружили, что покров конечностей креветки-богомола состоит из минерала под названием гидроксиапатит. Но подводные драчуны обязаны крепкими «кулаками» не столько самому минералу, сколько размеру и соединению его частиц. Нанометровые сферические частицы уложены «елочкой» в непрерывную последовательность, как чешуя рыбы. По поверхности такой структуры сила удара распределяется равномерно. Спиральная закрутка цепочек из частиц минерала еще больше укрепляет внешний слой ногочелюстей креветки-богомола.
В момент удара частицы гидроксиапатита вращаются и остаются целыми, но структура нанокристалла может разрушиться. Затем она медленно восстановится. «Если скорость деформации относительно низкая, покрытие сначала «мнется», как зефир, почти сразу возвращаясь в исходную форму, — объясняет Дэвид Кисайлус, профессор материаловедения и инженерии Калифорнийского университета, изучающий креветок-богомолов более 10 лет, — При более высоких скоростях деформации частицы затвердевают и ломаются на границах раздела нанокристаллов. Разлом приводит к образованию новых поверхностей, рассеивающих энергию удара».
Обнаруженный учеными механизм превосходит по эффективности многие инженерные материалы для жесткости конструкции и демпфирования. В дальнейшем подобные структуры могут найти широчайшее применение. Защитные поверхности с улучшенными прочностными характеристиками можно использовать в автомобилях, самолетах, спортивном снаряжении и экипировке военных.
