ไม่มีอะไรอื่นในอาณาจักรสัตว์บรรจุหมัดเหมือนกุ้งตั๊กแตนตำข้าว ครัสเตเชียนสีสันสดใสขนาดเล็กนี้มอบวอลลอปที่ 23 เมตรต่อวินาที -ส่งมอบกองกำลังนิวตัน 1,500 นิวตันเพื่อเปิดเปลือกหอยของเหยื่อของพวกเขา
การระเบิดเหล่านี้มีพลังมากจนนักวิทยาศาสตร์สงสัยว่าครัสเตเชียนนั้นยังคงอยู่กับผลกระทบของการหดตัวอย่างไร
ตอนนี้พวกเขาได้ค้นพบหนึ่งในความลับของมัน คลับ Dactyl ที่ฝนตกชุกในตั๊กแตนตำข้าวมีโครงสร้างที่น่าสนใจที่กรองแรงกระแทกปกป้องสัตว์ที่อยู่เบื้องหลังพวกเขา
"กุ้งตั๊กแตนตำข้าวเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องการโจมตีที่ทรงพลังอย่างไม่น่าเชื่อซึ่งสามารถทำลายเปลือกหอยและแม้แต่แก้วพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำร้าวได้"Horacio Espinosa วิศวกรเครื่องกลกล่าวของ Northwestern University ในสหรัฐอเมริกา
"อย่างไรก็ตามในการดำเนินการนัดหยุดงานที่มีผลกระทบสูงเหล่านี้ซ้ำ ๆ Dactyl Club ของกุ้งตั๊กแตนตำข้าวต้องมีกลไกการป้องกันที่แข็งแกร่งเพื่อป้องกันความเสียหายตนเองงานก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่ความทนทานของสโมสรและการต่อต้านการแตก .
"เราพบว่ามันใช้กลไก phononic - โครงสร้างที่เลือกตัวกรองคลื่นความเครียดสิ่งนี้ช่วยให้กุ้งสามารถรักษาความสามารถที่โดดเด่นเหนือผลกระทบหลายครั้งและป้องกันความเสียหายของเนื้อเยื่ออ่อน"
การศึกษาหมัดของกุ้งตั๊กแตนตำข้าวได้รับการศึกษาอย่างละเอียด ในขณะที่มันเคลื่อนผ่านน้ำด้วยความเร็วสูงมันจะสร้างสิ่งที่เรียกว่ากฟองสบู่- เมื่อน้ำถูกผลักออกไปด้วยความเร็วสูงความหนาแน่นของมันจะลดลงจนถึงจุดที่น้ำภายในไอระเหยที่มีความหนาแน่นต่ำ
แต่ฟองสบู่นี้ล้อมรอบด้วยน้ำที่มีความหนาแน่นสูงไม่สามารถอยู่ได้นาน: มันระเบิดทันทีในความร้อนแสงและเสียง
มันเป็นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากฟองสบู่ที่ยุบตัวนี้ซึ่งสามารถแตกเปลือกหอย (และพิพิธภัณฑ์สัตว์น้ำ)
"เมื่อกุ้งตั๊กแตนตำข้าวเกิดขึ้นแรงกระแทกจะสร้างคลื่นความดันไปยังเป้าหมาย"Espinosa กล่าว- "มันยังสร้างฟองสบู่ซึ่งยุบอย่างรวดเร็วเพื่อผลิตคลื่นกระแทกในช่วง Megahertz การล่มสลายของฟองเหล่านี้ปล่อยพลังงานระเบิดที่รุนแรงซึ่งเดินทางผ่านสโมสรของกุ้ง การโจมตีของกุ้งยิ่งทำลายล้างมากขึ้น "
กระนั้นกุ้งตั๊กแตนตำข้าวที่ได้รับบาดเจ็บจากความตกใจอันยิ่งใหญ่นี้ซึ่งควรสร้างออกไปข้างนอกในทุกทิศทาง
เพื่อหาว่าทำไมทีมที่นำโดยวิศวกร Nicolas Alderete จาก Northwestern University ได้ดูอย่างละเอียดเกี่ยวกับ Dactyl Clubs ของ Peacock Mantis Shrimp (Odontodactylus scyllarus) เพื่อดูว่ามันสามารถให้เบาะแสใด ๆ ได้หรือไม่
พวกเขาใช้สองเทคนิคเช่น picosecond laser ultrasonics และ spectroscopy ตะแกรงชั่วคราวบนชุดเกราะของสิ่งมีชีวิตเพื่อดูว่ามันตอบสนองต่อการแพร่กระจายคลื่นความเครียด - และพวกเขาพบว่าคลับ Dactyl มีโครงสร้างที่ไม่เหมือนใคร
เรารู้อยู่แล้วว่าโครงสร้างของเกราะของ Dactyl Club เป็นชั้น ๆ เหมือนลาซานญ่า พื้นผิวกระแทกเป็นชั้นดีของไฮดรอกซีอะพาไทต์แร่ธาตุส่วนใหญ่ประกอบด้วยแคลเซียมและฟอสฟอรัสเช่นการเคลือบฟันของคุณ ภูมิภาคผลกระทบโดยตรงใต้ประกอบด้วยชั้นของเส้นใยไคตินที่จัดเรียงในรูปแบบก้างปลาที่ปรับความสมบูรณ์ของโครงสร้างให้เหมาะสม
และโดยตรงใต้นั่นคือชั้นของชุดไฟเบอร์ไคตินที่จัดเรียงในกโครงสร้างเหมือนเกลียวแต่ละมัดซึ่งหมุนได้มากกว่าเพื่อนบ้านเล็กน้อย เลเยอร์นี้เป็นสิ่งที่เรียกว่ากโครงสร้าง Bouligandเป็นที่รู้จักกันในการเพิ่มความต้านทานการแตกหัก
สิ่งที่นักวิจัยค้นพบคือเลเยอร์นี้ยังทำหน้าที่เป็นโล่ bandgap phononic - วัสดุที่กรองคลื่นเสียงและความเครียดโดยการควบคุมว่าคลื่นเหล่านั้นมีปฏิสัมพันธ์กับโครงสร้างของวัสดุเป็นระยะ โครงสร้าง Bouligand ของไคตินใน Dactyl Club ของกุ้งตั๊กแตนตำข้าวทำอย่างนั้น
"ภูมิภาคเป็นระยะมีบทบาทสำคัญในการเลือกการกรองคลื่นแรงเฉือนความถี่สูงซึ่งเป็นสิ่งที่สร้างความเสียหายให้กับเนื้อเยื่อชีวภาพ"Espinosa อธิบาย- "สิ่งนี้จะป้องกันกุ้งจากคลื่นความเครียดที่เกิดจากการเกิดผลกระทบโดยตรงและการล่มสลายของฟอง"
ทีมวางแผนที่จะออกแบบและดำเนินการทดลองใต้น้ำเพื่อสังเกตประสิทธิภาพและข้อ จำกัด ของชุดเกราะที่ยอดเยี่ยมนี้-อาจจะมองไปที่การออกแบบวัสดุที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพในอนาคต
การวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในศาสตร์-
