螳螂蝦以他們的用於派遣獵物。他們可以在砲彈繪製的凌空時降落,而不會嚴重傷害自己的神經或肉。
那是因為他們的俱樂部前肢外骨骼是構建以濾除最具破壞性的壓力波罷工引起的研究人員在2月7日報告科學。
雖然足夠小以容納您的手,但孔雀蝦蝦(Odontodactylus scyllarus)罷工如此之快,以至於它們產生了爆炸的氣泡。撞擊和內爆可以協同造成的力量超過螳螂蝦體重的1000倍。然而,掠食者反复釋放這種力量,而不會傷害自己或破壞俱樂部。
科學家認為這種彈性可能直接來自俱樂部裝甲內的建築。在那裡,礦物硬質的幾丁質層是一條長長的糖鏈,這是節肢動物外骨骼的主要成分 - 休息在較深的幾丁質束上方。相對於上方和下方的層,這些更深的層略微旋轉,就像一堆被扭曲的紙一樣,形成了一種螺旋狀的開瓶器形狀,稱為Bouligand結構。
人們懷疑這種設計可能充當各種盾牌,從而操縱了高能波動的高度。但是它尚未經過實驗測試。
“這主要是理論上的計算,”新加坡南南技術大學的物質科學家和工程師Hortense Le Ferrand不參與這項研究。她說,一些生物工程師指出:“實際上沒有任何證據……很多負面懷疑。”
因此,伊利諾伊州埃文斯頓西北大學的工程師Horacio Espinosa和他的同事在實驗室中系統地測試了這個想法。為了模仿螳螂蝦所經歷的壓力波,研究人員在鋁製塗層的外骨骼的鋁製橫截面上發射了激光脈衝,導致它們加熱並迅速膨脹。然後,他們測量了該膨脹在材料中流動的高能波如何。
實驗表明,礦化的外層控制著微小裂紋從打擊撞擊本身的傳播,而較深的螺旋狀層可以消散或中和最高的能波。 Espinosa說:“這可以防止剪切波在俱樂部內損壞軟組織。”
俱樂部內的螺旋狀結構似乎是工程材料的自然版本,旨在操縱聲波的傳播。意大利理工大學的物理學家費德里科玻西亞(Federico Bosia)說,這種材料傳統上被認為是人造的。
Bosia說:“這增加了越來越多的證據表明它們也自然出現在生物系統中,它們是通過用於波浪和振動控制目的的進化而發展的”。這,例如,吸收聲波作為聲波與蝙蝠掠食者的迴聲分配的一種聲學偽裝形式。
Espinosa說,外骨骼建築可能會激發諸如抗衝擊力的裝甲,防護塗料和航空航天結構等材料。
材料科學家歐文分校的材料科學家David Kisailus已經在開發了Mantis Shrimp's Club內部的螺旋結構的應用,使用設計來增強飛機翅膀,風力渦輪機葉片和曲棍球棒的韌性。 Kisailus研究了其他有望激發高性能材料和賭注的物種,新發現是冰山一角。
Kisailus說,有數百萬種必須適應不斷變化的條件。 “我知道那裡有很多藍圖,只是在等待在大自然的大量生物體中揭示。”