Тонкая кожа значительно снижает повреждения при проколе

Тонкая эластичная кожа, как у свиньи или человека, значительно уменьшает повреждения подлежащих тканей при проколе. Свиная кожа даже превосходит синтетические материалы, разработанные для её имитации. Её особые свойства, в частности способность рассеивать энергию прокалывающего объекта, сильно снижают ущерб для более глубоких тканей.

Исследование провели профессор Филип Андерсон и постдок Биньян Чжан из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне. Их интересовало, как законы физики влияют на эволюцию, в частности динамика прокалывания, широко распространённого в природе (клыки, когти, шипы, жала).

Для нового эксперимента Чжан тестировал "прокалываемость" кусков свинины с кожей и без, сравнивая их с синтетическим аналогом: силиконовым гелем, имитирующим жир, и более тонким жёстким гелем, имитирующим кожу. Несмотря на то, что силиконовая "кожа" была толще (~4 мм против ~2.5 мм у свиной), настоящая кожа показала лучшие результаты.

Результаты:

• Свиная кожа снижала глубину проникновения в подлежащую ткань на ~60% при низких скоростях и на ~73% при высоких по сравнению с тканью без кожи.
• Синтетическая "кожа" снижала повреждения геля менее чем на 40% (низкие скорости) и менее чем на 30% (высокие скорости).

Причина эффективности: Кожа состоит из переплетённых коллагеновых волокон, которые оказывают сопротивление даже после частичного разрыва. Разрыв волокон также рассеивает энергию снаряда. Силиконовый гель лишён этого свойства.

Вывод: Натуральная кожа демонстрирует превосходную биомеханическую производительность как защитная структура, эффективно перераспределяя силу и рассеивая энергию. Синтетические материалы, полезные во многих сценариях, всё ещё не могут полностью воспроизвести эти сложные биологические функции.

Исследование опубликовано в Journal of the Royal Society Interface.