Морфологическое исследование открывает путь к созданию режущих инструментов, вдохновлённых клыками пауков

Пауки известны своей способностью плести сложные и прочные сети. Однако их умение разрезать собственный шёлк — самый прочный природный материал — и прочные синтетические волокна, такие как углеродное или кевларовое, изучено гораздо меньше.

Исследовательская группа под руководством Университета Тренто попыталась понять, как это возможно. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Science.

Долгое время учёные полагали, что секрет этой эффективной и точной режущей способности кроется в химии, то есть в способности пауков вырабатывать фермент, растворяющий шёлковые волокна. Однако одного этого механизма недостаточно, чтобы объяснить скорость, с которой пауки выполняют эту операцию, например, в опасной ситуации.

«Исследование возникло из любопытства понять, как пауки взаимодействуют с материалами, которые не являются их собственными», — объясняют Никола Пуньо, профессор механики твёрдых тел и конструкций UniTrento, и Габриэле Греко, исследователь Шведского университета сельскохозяйственных наук и Университета Тренто.

Учёные создали паутину, используя синтетические нити того же размера — углеродные или кевларовые. Также они хотели понять, как паукам удаётся разрезать свой шёлк — очень прочный и чрезвычайно жёсткий материал, а также искусственные нити.

Установив, что химия не может быть единственным объяснением, команда сосредоточилась на механическом действии и наблюдала за пауками под сканирующим электронным микроскопом.

Оказалось, что секрет такого точного и эффективного разреза кроется в морфологии клыков. Между последующими зазубринами существует функционально градуированный зазор, который увеличивается от вершины клыка.

Волокно, которое нужно разрезать, скользит внутрь, пока не зафиксируется на зазубрине сопоставимого размера. Благодаря этой особой геометрии точки контакта сила, необходимая для разрезания волокон, минимальна, а эффективность резки максимальна.

Результаты этого исследования дают ценную информацию для понимания того, как пауки способны резать материалы с высокой жёсткостью и прочностью, с интересными перспективами применения в других областях. «Новая теория, — заключает Пуньо, — может помочь в разработке более острых и эффективных инструментов, вдохновлённых клыками пауков. Например, для резки дерева, металла, камня, пищи или волос».