Creveții mantis se numără printre cele mai înfricoșătoare crustacee din lume, renumite pentru loviturile fulgerătoare și mortale pe care le folosesc pentru a-și incapacita prada. Cu toate acestea, ea efectuează aceste lovituri mortale fără a suferi leziuni majore ale nervilor sau țesuturilor, ceea ce îi intrigă pe oamenii de știință. O echipă de cercetători a analizat membrele anterioare în formă de club ale creveților mantis multicolori (Odontodactylus scyllarus) pentru a înțelege cum evită deteriorarea țesuturilor sale delicate și absoarbe aceste șocuri enorme. Deși mici și colorați creveții mantis multicolori, nu trebuie subestimați. Aceste crustacee carnivore trăiesc în apele tropicale puțin adânci ale Oceanelor Indian și Pacific, unde se hrănesc cu crabi și melci. cești crustacee carnivori trăiesc în apele tropicale puțin adânci ale oceanelor Indian și Pacific, unde se hrănesc cu crabi și melci. Sunt echipate cu câte o măciucă dactilă pe fiecare parte, care acționează ca o pereche de pumni capabili să lovească cu forța unui glonț de calibru .22. Cu o singură explozie de putere explozivă, creveții mantis își pot ucide efectiv prada sau își pot apăra teritoriul împotriva altor rivali. Acest fenomen este fascinant. Acest lucru se datorează faptului că atunci când lovitura trece prin apă, se creează o zonă de presiune scăzută în spatele acesteia, determinând formarea unei bule. „Când creveții mantis lovesc, impactul generează valuri de presiune asupra țintei sale”, a spus Horacio D. Espinosa, coautor al studiului și cercetător la Universitatea Northwestern. „De asemenea, creează bule care colapsează rapid, producând unde de șoc. Implozia acestor bule eliberează explozii intense de energie care se propagă prin clubul creveților. Acest efect de șoc secundar combinat cu forța de impact inițială face ca lovitura creveților mantis să fie și mai devastatoare.”
Impactul și imploziile acționează împreună pentru a provoca forțe care depășesc de 1.000 de ori greutatea acestui crevete. Cu toate acestea, acești prădători dezlănțuie în mod repetat această putere fără răni sau tresărire. „Creveții mantis sunt cunoscuți pentru lovitura sa incredibil de puternică, capabilă să spargă cochilii de moluște și chiar să spargă sticla de acvariu”, se minunează Espinosa. „Cu toate acestea, pentru a efectua aceste lovituri de mare impact în mod repetat, clubul dactil al creveților mantis trebuie să aibă un mecanism de protecție robust pentru a preveni autodistrugerea.” Dar cum funcționează exact această protecție?
Oamenii de știință credeau că această rezistență provine direct din arhitectura internă a armurii acestor anexe. Ele constau din straturi de chitină mineralizată (același polimer de carbohidrați găsit în exoscheletele artropodelor) suprapuse unor mănunchiuri mai adânci de chitină. Aceste straturi mai profunde sunt ușor rotite față de celelalte, formând o structură spirală elicoidală numită structură Bouligand. Se credea că acest design acționează ca un scut prin manipularea modului în care undele de energie înaltă se propagă prin el. Această ipoteză nu a fost niciodată testată pe deplin experimental. Un studiu publicat în revista Science pune în lumină mecanismele reale care îi permit membrului care lovește acest crustaceu să realizeze această ispravă și să desfășoare o astfel de violență fără a risca să se rănească.
Horacio Espinosa și colegii săi de la Universitatea Northwestern din Illinois, SUA, au căutat să dezvăluie misterele acestor lovituri mortale în laborator. Pentru a examina acest fenomen, au folosit două tehnici avansate pentru a analiza armura creveților mantis păun cu mare precizie. În primul rând, au aplicat spectroscopie cu rețele tranzitorii, o metodă bazată pe laser care poate studia propagarea undelor de stres prin materiale. Apoi au folosit ultrasunetele laser în picosecunde pentru a obține o privire și mai detaliată asupra acestei microstructuri.
Pentru a simula undele de presiune experimentate de creveții mantis, cercetătorii au trimis impulsuri laser la secțiuni transversale ale exoscheletului acoperit cu aluminiu, încălzindu-le și făcându-i să se extindă rapid. Apoi au măsurat modul în care undele de înaltă energie generate de această expansiune s-au propagat prin material. Experimentele au relevat două regiuni distincte, fiecare proiectată pentru o funcție specifică în fiziologia creveților mantis. Straturile mineralizate exterioare controlează propagarea microfisurilor cauzate de impactul inițial, în timp ce straturile elicoidale interioare disipează sau neutralizează undele de șoc cele mai intense. Acest lucru „previne undele de forfecare să afecteze țesuturile moi din interior”, explică Espinosa. El adaugă că „până acum, majoritatea cercetărilor s-au concentrat pe rezistența la fisuri și pe robustețea structurală, considerându-l ca un simplu scut întărit împotriva impactului. Am descoperit că folosește mecanisme fononice, structuri care filtrează selectiv undele de șoc.”
Acest design complex acționează astfel ca un scut fononic care filtrează selectiv undele de stres de înaltă frecvență pentru a preveni propagarea vibrațiilor distructive în interiorul brațului și corpului creveților mantis. Și conform lui Espinosa, arhitectura acestui exoschelet ar putea inspira noi materiale concepute să reziste la impact, cum ar fi armuri, acoperiri de protecție și structuri aerospațiale. David Kisailus, om de știință în materiale la Universitatea din California, Irvine, dezvoltă deja produse bazate pe structura elicoidală a clubului creveților mantis pentru a întări rezistența aripilor de avion, a palelor turbinelor eoliene și a bețelor de hochei.
Aceste descoperiri ar putea inspira, de asemenea, crearea de materiale sintetice capabile să filtreze undele sonore pentru echipamentele de protecție. Această tehnologie ar putea fi astfel utilizată pentru a proiecta noi abordări pentru a reduce rănile provocate de explozii atât în domeniul militar, cât și în cel sportiv.
Loading ...
