动物王国中的其他任何东西都没有像螳螂虾那样打孔。这种微小的,五颜六色的甲壳类动物以每秒23米 - 发出令人jaw目结舌的1,500纽顿力,以打开猎物的炮弹。
这些打击是如此强大,以至于科学家们想知道甲壳类动物本身如何与后坐力效应保持完整。
现在,他们发现了其中一个秘密。降雨降雨的Dactyl俱乐部具有令人着迷的结构,可过滤震动,保护其背后的动物。
“螳螂虾以其令人难以置信的强大罢工而闻名,可以打破软体动物的贝壳,甚至破裂水族馆玻璃,”机械工程师Horacio Espinosa说美国西北大学
“但是,要反复执行这些高影响力的罢工,螳螂虾的Dactyl Club必须具有强大的保护机制来防止自我破坏。大多数先前的工作都集中在俱乐部的韧性和抗裂缝上,将结构视为强化的冲击盾牌。
“我们发现它使用语音机制 - 有选择性滤波应力波的结构。这使虾可以在多种影响上保留其惊人能力,并防止软组织损害。”
详细研究了螳螂虾的拳头。当它以高速在水中移动时,它会产生所谓的气泡泡沫。当水被高速推开时,其密度将降低到低密度气泡中的水蒸发。
但是,这种气泡被高密度的水包围,无法持续很长时间:它立即在热量,光线和声音中爆发。
这种崩溃的气泡释放的能量会破裂壳(和水族馆)。
“当螳螂虾撞击时,冲击会产生压力波,”Espinosa说。 “它还产生了气泡,迅速崩溃以在兆赫兹范围内产生冲击波。这些气泡的崩溃释放出激烈的能量爆发,这些能量穿过虾俱乐部。这种次要冲击波效应以及最初的冲击力使员虾的罢工更加毁灭性。”
然而,这种巨大的震惊毫不动摇,螳螂虾会在各个方向上向外产生。
为了弄清原因,西北大学的工程师尼古拉斯·奥尔德雷特(Nicolas Alderete)领导的一支团队详细介绍了孔雀虾虾的Dactyl俱乐部(Odontodactylus scyllarus)查看是否可以产生任何线索。
他们使用了两种技术,例如皮秒激光超声波和该生物装甲上的瞬时光栅光谱,以查看其对传播应力波的反应 - 他们发现,Dactyl俱乐部的结构是独特的,可以抑制和过滤这些波,以保护这些波,以保护曼迪斯虾。
我们已经知道,dactyl Club的装甲的结构是分层的,有点像烤烤宽面条。冲击表面是一层羟基磷灰石,一种矿物质,主要由钙和磷组成,例如牙齿的涂层。直接下方的冲击区域由以人字形模式排列的一层壳蛋白纤维组成,可优化结构完整性。
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并且,直接在一个排列在类似于开瓶器的结构,每个捆绑包的旋转都比其邻居多一点。该层形成所谓的面包结构已知会增加断裂抗性。
研究人员发现的是,该层也充当了语音带隙屏蔽层 - 这种材料通过控制这些波如何与材料的周期性结构相互作用来滤除声音和应力波。螳螂虾Dactyl俱乐部中几丁质的布利格结构确实做到了这一点。
“周期区域在选择性过滤高频剪切波中起着至关重要的作用,这对生物组织特别损害,”Espinosa解释了。 “这有效地屏蔽了虾免受直接冲击和气泡崩溃引起的破坏应力波。”
该团队计划设计和执行水下实验,以观察这种奇妙的盔甲的功效和局限性 - 也许是针对未来生物启发的材料设计的。
该研究已发表在科学。