螳螂虾的难以置信的重拳Ceramic-polymer组合

“春天”的秘密,螳螂虾的闪电快速罢工已经揭示了科学家在新加坡。他们发现,艰难的生物陶瓷和弹性聚合物的分层安排让虾储存大量的能量在它的前肢粉碎它们。研究小组希望他们工作虾弹簧的结构可以激发新的弹性材料的发展。

螳螂虾是最快的穿孔机在动物的王国里,有能力的科学家面前的四肢在50英里/小时打碎软体动物和其他甲壳类动物的壳。穿孔是如此强大,他们经常保持囚禁的威胁,因为他们可以打破水族馆玻璃。

之前的研究表明这极快的运动是由一个春天般的弹性存储机制在四肢——结构称为鞍因其独特的形状。当肌肉拉鞍加载弹性像弓箭系统。能源存储在鞍时释放,能量传输到俱乐部,然后袭击猎物,“解释道阿里Miserez在新加坡南洋理工大学。

他的团队想探讨鞍允许它的材料组成函数在极端力量而不受伤害。他们把样本螳螂虾和使用技术,如nanoindentation——钻石表面的技巧是用来测量抑郁——来确定其组成材料的力学性能在微尺度。他们还使用了激光切割薄截面的马鞍和接受这些机械测试,以及建设计算机模拟来确定力量作用于不同的地区。

他们表明,鞍座是由两个截然不同的层,在另一个。顶层由无定形碳酸钙、硬脆性bioceramic,而更具延展性的底部是由生物高分子甲壳素等甲壳类动物的壳的制造材料和真菌的细胞壁。这样的安排,允许鞍弯而不折,Miserez解释道。

“陶瓷时强大的压缩,可以存储大量的能量。然而,他们是脆性拉伸载荷作用下鞍只有bioceramic不会做的工作…因为底部最有可能休息,”他说。生物聚合物是强大的张力下,所以底层可以紧张而不受伤害。”

团队的模拟还表明,鞍上的机械应力在两层之间的界面最低。“这很重要,因为不同的材料之间的接口通常是弱点,“Miserez说。他补充说,这些研究结果可以用来开发新材料设备存储弹性能量。陶瓷的硬度比金属或聚合物比金属轻,原则上这意味着他们可以存储一个更高密度的弹性能量较低的体重。而是因为他们脆弱的通常不用于弹簧,”他解释说。但使用双层的安排,有可能克服这种固有的脆性。

希拉百达翡丽杜克大学研究螳螂虾在美国,说它是令人兴奋的工作在这个特殊的肢体的一部分,因为大多数螳螂虾的研究到目前为止一直专注于不易破碎锤冲孔一端。的春天是非常重要对于运动的产生,所以了解这些材料的动力学是一个新边疆,”她说。不同方法的这项研究是一个旅程…从生物学家的观点只是真正令人兴奋的把这种级别的理解这很不同寻常的结构是如何工作的。”