Клешни креветок-богомолов фильтруют звук для защиты от повреждений
Исследователи из Северо-Западного университета выяснили, как креветки-богомолы защищены от ударных волн собственных ударов. Их ударные клешни (дактильные булавы) покрыты слоистыми структурами, которые избирательно фильтруют звук, блокируя определённые вибрации и действуя как щит.
Исследование опубликовано в журнале Science. Эти открытия могут в будущем помочь в создании синтетических звукофильтрующих материалов для защитной экипировки и новых подходов к снижению травм от взрывной волны у военных и спортсменов.
Мощный удар
Креветки-богомолы используют дактильные булавы, которые накапливают энергию в упругих, пружиноподобных структурах. При ударе ударная волна создаёт в воде зону низкого давления и пузырьки, которые схлопываются, генерируя вторичные ударные волны в мегагерцовом диапазоне. Эта комбинация делает удар особенно разрушительным.
Защитные структуры
Исследователи использовали спектроскопию переходных решёток и пикосекундную лазерную ультраакустику, чтобы изучить структуру булавы. Они обнаружили две функциональные области:
- Ударная область — состоит из минерализованных волокон, расположенных в виде «ёлочки» (herringbone pattern), что обеспечивает устойчивость к разрушению.
- Периодическая область — содержит скрученные, штопорообразные пучки волокон, образующие слоистую структуру Булигана (Bouligand structure).
В то время как узор «ёлочка» укрепляет клешню от трещин, штопорообразное расположение управляет распространением ударных волн. Эта сложная конструкция действует как фононный щит, избирательно фильтруя высокочастотные сдвиговые волны, которые особенно опасны для биологических тканей, и не давая им проникнуть в тело креветки.
Для полного понимания сложной структуры клешни необходимы 3D-симуляции, а также эксперименты в водной среде с современным оборудованием.