Исследователи из Северо-Западного университета выяснили, как раки-богомолы защищаются от разрушительных ударных волн, которые сами же создают.
Раки-богомолы известны мощными ударными волнами, способными разбить панцирь моллюска или даже стекло аквариума. Исследователи обнаружили, что сами животные при этом остаются невредимыми благодаря особой структуре панциря, которая действует как природный фононный щит, избирательно фильтруя ударные волны. Принцип можно использовать для промышленных технологий защиты от вибраций и ударных нагрузок.
Когда рак-богомол атакует, дубинка-дактиль разгоняется до скорости более 80 км/ч и высвобождает огромную энергию, эквивалентную пулевому выстрелу. Кроме того, за дубинкой образуется зона низкого давления, создающая пузырь, который затем с шумом схлопывается, генерируя мощную ударную волну. Вместе эти силы должны были бы разрушать конечность рака-богомола, но благодаря уникальному строению панциря этого не происходит.
Исследователи детально изучили структуру панциря ркообразного. Они обнаружили, что он состоит из двух слоев: у внешнего ударного слоя минерализованная структура в виде елочки, которая предотвращает растрескивание, а под ним находится периодическая область с волокнами, закрученными в виде штопора. Именно эта внутренняя структура действует как фононный фильтр, избирательно блокируя высокочастотные волны, которые могли бы разрушить ткани.
Увеличенное изображдение сложной структуры панциря рака-богомола. Изображение: Horacio Espinosa/Northwestern University
«Эта биологическая броня — не просто ударопрочный щит, а сложный механизм управления вибрациями», — объясняет профессор Орасио Эспиноза, соавтор исследования. По его словам, изучение подобных природных структур поможет в создании материалов для бронежилетов, разработки безопасного спортивного снаряжения и создания устойчивых к вибрации промышленных конструкций.
