Клубът на скаридите богомолки използва вграден вибрационен щит, който филтрира увреждащите ударни вълни, за да може да удря със сила, подобна на куршум, без да се счупи.
Скаридата паунова богомолка държи световния рекорд на Гинес за най-силен самозадвижващ се удар от животно. (Изображение: Reinhard Dirscherl/Getty Images)
Скаридите богомолки нанасят мощен удар - и учените най-накрая са разбрали как този супер силен удар не заличава самите скариди, докато се нахвърлят. Оказва се, че тези скариди имат специален амортизиращ „щит“, който им помага да оцелеят, докато нанасят смазващи черупката удари.
Ударът на паунова скарида богомолка (Odontodactylus scyllarus) е най-силният самозадвижващ се удар от животно. Те използват подобни на чук юмруци или дактилни тояги, за да разбият черупките на плячката. Ударът е толкова силен, че може дори да счупи стъкло на аквариум, доставяйки сила, сравнима с куршум калибър .22.
Но тъй като тези силно въздействащи удари генерират много сила, учените са озадачени как съществата могат да издържат на интензивните ударни вълни, генерирани от собствената им атака.
В ново проучване, публикувано на 6 февруари в списание Science, изследователите изследват структурата на клубовете на скаридите. Техните открития разкриват, че микроструктурата на тези клубове действа като естествени амортисьори за ограничаване на щетите.
„Открихме, че използва фононични механизми – структури, които селективно филтрират вълните на стрес“, каза в изявление съавторът на изследването Хорасио Данте Еспиноса, професор по машинно инженерство и биомедицинско инженерство в Северозападния университет. „Това позволява на скаридите да запазят поразяващата си способност при множество удари и да предотвратят увреждане на меките тъкани.“
Мощен удар
Скаридата паунова богомолка използва сложна система от биологични резета и пружини в своите дактилни клубове, за да отприщи удар със скорост от 23 метра в секунда, според проучване от 2004 г. - 50 пъти по-бързо от мигването на окото.
Въпреки че тази огромна скорост помага за нанасяне на мощен удар, тя също така създава опасни ударни вълни.
„Ударът е толкова бърз, че създава кавитационни мехурчета, които, след като се срутят, генерират допълнителни ударни вълни, ефективно осигурявайки двоен удар“, каза Еспиноса.
Предишни изследвания теоретизираха, че микроструктурата на дактилните клубове помага за защитата на скаридите от тези ударни вълни.
В новото проучване учените тестваха тази теория, използвайки усъвършенствани лазерни техники, за да анализират как различните дължини на вълните се движат през дактилните клубове на скаридите паунова богомолка.
Констатациите разкриват два важни региона в тези клубове, които им помагат да оцелеят при собствените си удари: регионът на удара и периодичният регион.
Областта на удара е съставена от слой хитинови влакна, подредени във вид на рибена кост, който подсилва бухалката срещу счупвания.
Под този слой е периодичната област, направена от усукани подредби от слоести хитинови влакна. Този тип хеликоидална структура е известна като структура на Bouligand и се намира в рибени люспи и екзоскелети на омари, за да осигури здравина и устойчивост на счупване.
Лазерните тестове измерват скоростта на вълните на акустичния стрес през двата региона. Тези вълни преминаха през областта на удара непроменени, но се движеха с различна скорост през периодичната област - което предполага, че последната област причинява разпръскване на високочестотни вълни, за да намали интензитета.
Изследователите също така откриха, че периодичният регион филтрира високочестотни ударни вълни - което може да причини значително увреждане на тъканите, според изявлението.
Високочестотните вълни вероятно са били генерирани, когато кавитационните мехурчета са се срутили.
„Ние свързахме тази висока честота с честотата, генерирана от колапса на мехурчета по време на удара“, каза Епиноза.
Сноповете влакна в периодичната област действат като "фононен щит", като активно блокират, пренасочват и разпръскват вълни и в крайна сметка предотвратяват ефективното преминаване на всякакви вредни ударни вълни през слоя. Това предпазва деликатните тъкани на скаридите богомолки от произтичащите ударни вълни на кавитационния мехур.
„Изследването предостави експериментално доказателство, че структурата на Bouligand на дактилния клуб на скарида богомолка функционира като фононичен щит, селективно филтриращ високочестотните срязващи вълни, генерирани по време на удара“, каза Еспиноса.
„Тези характеристики помагат за защита на клуба на скаридите богомолки от повреда чрез смекчаване на високочестотните вълни на стрес, което го прави естествено оптимизирана устойчива на удар структура“.
Според прессъобщението, това проучване може да се приложи към разработването на материали за филтриране на звука за защитно оборудване и да вдъхнови нови подходи за намаляване на нараняванията, свързани с взривове при военните и във тежките спортове.
Източник за статията
Скаридите богомолки нанасят мощен удар - и учените най-накрая са разбрали как този супер силен удар не заличава самите скариди, докато се нахвърлят. Оказва се, че тези скариди имат специален амортизиращ „щит“, който им помага да оцелеят, докато нанасят смазващи черупката удари.
Ударът на паунова скарида богомолка (Odontodactylus scyllarus) е най-силният самозадвижващ се удар от животно. Те използват подобни на чук юмруци или дактилни тояги, за да разбият черупките на плячката. Ударът е толкова силен, че може дори да счупи стъкло на аквариум, доставяйки сила, сравнима с куршум калибър .22.
Но тъй като тези силно въздействащи удари генерират много сила, учените са озадачени как съществата могат да издържат на интензивните ударни вълни, генерирани от собствената им атака.
В ново проучване, публикувано на 6 февруари в списание Science, изследователите изследват структурата на клубовете на скаридите. Техните открития разкриват, че микроструктурата на тези клубове действа като естествени амортисьори за ограничаване на щетите.
„Открихме, че използва фононични механизми – структури, които селективно филтрират вълните на стрес“, каза в изявление съавторът на изследването Хорасио Данте Еспиноса, професор по машинно инженерство и биомедицинско инженерство в Северозападния университет. „Това позволява на скаридите да запазят поразяващата си способност при множество удари и да предотвратят увреждане на меките тъкани.“
Мощен удар
Скаридата паунова богомолка използва сложна система от биологични резета и пружини в своите дактилни клубове, за да отприщи удар със скорост от 23 метра в секунда, според проучване от 2004 г. - 50 пъти по-бързо от мигването на окото.
Въпреки че тази огромна скорост помага за нанасяне на мощен удар, тя също така създава опасни ударни вълни.
„Ударът е толкова бърз, че създава кавитационни мехурчета, които, след като се срутят, генерират допълнителни ударни вълни, ефективно осигурявайки двоен удар“, каза Еспиноса.
Предишни изследвания теоретизираха, че микроструктурата на дактилните клубове помага за защитата на скаридите от тези ударни вълни.
В новото проучване учените тестваха тази теория, използвайки усъвършенствани лазерни техники, за да анализират как различните дължини на вълните се движат през дактилните клубове на скаридите паунова богомолка.
Констатациите разкриват два важни региона в тези клубове, които им помагат да оцелеят при собствените си удари: регионът на удара и периодичният регион.
Областта на удара е съставена от слой хитинови влакна, подредени във вид на рибена кост, който подсилва бухалката срещу счупвания.
Под този слой е периодичната област, направена от усукани подредби от слоести хитинови влакна. Този тип хеликоидална структура е известна като структура на Bouligand и се намира в рибени люспи и екзоскелети на омари, за да осигури здравина и устойчивост на счупване.
Лазерните тестове измерват скоростта на вълните на акустичния стрес през двата региона. Тези вълни преминаха през областта на удара непроменени, но се движеха с различна скорост през периодичната област - което предполага, че последната област причинява разпръскване на високочестотни вълни, за да намали интензитета.
Изследователите също така откриха, че периодичният регион филтрира високочестотни ударни вълни - което може да причини значително увреждане на тъканите, според изявлението.
Високочестотните вълни вероятно са били генерирани, когато кавитационните мехурчета са се срутили.
„Ние свързахме тази висока честота с честотата, генерирана от колапса на мехурчета по време на удара“, каза Епиноза.
Сноповете влакна в периодичната област действат като "фононен щит", като активно блокират, пренасочват и разпръскват вълни и в крайна сметка предотвратяват ефективното преминаване на всякакви вредни ударни вълни през слоя. Това предпазва деликатните тъкани на скаридите богомолки от произтичащите ударни вълни на кавитационния мехур.
„Изследването предостави експериментално доказателство, че структурата на Bouligand на дактилния клуб на скарида богомолка функционира като фононичен щит, селективно филтриращ високочестотните срязващи вълни, генерирани по време на удара“, каза Еспиноса.
„Тези характеристики помагат за защита на клуба на скаридите богомолки от повреда чрез смекчаване на високочестотните вълни на стрес, което го прави естествено оптимизирана устойчива на удар структура“.
Според прессъобщението, това проучване може да се приложи към разработването на материали за филтриране на звука за защитно оборудване и да вдъхнови нови подходи за намаляване на нараняванията, свързани с взривове при военните и във тежките спортове.
Tags:
Животни и растения