Slimme boksers binden hun handen vast met stroken stof om letsel te voorkomen wanneer ze een klap uitdelen. Miljoenen jaren geleden, de "smasher" bidsprinkhaangarnaal, een van de wildste roofdieren van de natuur, bedacht een vergelijkbare manier om de hamerachtige knuppel te beschermen die hij gebruikt om prooien met ongelooflijke snelheid en kracht te verpulveren.

In onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Geavanceerde materialen , een groep onderzoekers onder leiding van David Kisailus van UC Riverside heeft een unieke structuur geïdentificeerd die zich om de knots van de bidsprinkhaangarnaal wikkelt om hem te beschermen tegen zelf toegebrachte schade terwijl hij een prooi met een harde schaal verplettert. De bevinding zal het team van Kisailus helpen bij het ontwikkelen van ultrasterke materialen voor de lucht- en ruimtevaart- en sportindustrie.

Mantis garnalen, die ook stomatopoden worden genoemd, zijn agressieve schaaldieren die bekend staan ​​om het doden van hun prooi met behulp van een roofzuchtige aanval die tot de snelst bekende dierbewegingen behoort. Stomatopoden zijn verdeeld in twee groepen:"spiesjes, " die prooien met een zacht lichaam aanvallen met behulp van een harpoenachtige structuur, en de meer recent ontwikkelde "smashers, " die een prooi met een harde schaal verpletteren met behulp van een hamerachtig aanhangsel dat een dactyl-club wordt genoemd.

Kisailus, wie is de Winston Chung bijzonder hoogleraar energie-innovatie aan het Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering van UCR, heeft smashersclubs bestudeerd als inspiratie voor de ontwikkeling van composietmaterialen van de volgende generatie. Zijn werk wordt gefinancierd door een Air Force Office of Scientific Research in het kader van een $ 7,5 miljoen Multi-University Research Initiative. De medewerker van Kisailus is Pablo Zavattieri, Hoogleraar Civiele Techniek en University Faculty Scholar aan de Purdue University.

In eerder onderzoek is het team toonde aan dat de dactyl-club een multiregionaal composiet is gemaakt van gemineraliseerde chitine - hetzelfde materiaal dat wordt aangetroffen in de schelpen van insecten en schaaldieren - gerangschikt in een aantal unieke structuren. De buitenkant van de club, het impactgebied genoemd, dient zo hard, scheurbestendige coating waarmee de bidsprinkhaangarnaal ongelooflijke schade aan zijn prooi kan toebrengen door zijn momentum over te dragen bij een botsing. Het interieur van de club bestaat uit twee regio's:de periodieke regio, een energie-absorberende structuur die scheuren verdrijft langs een reeks lange spiraalvormige (spiraalachtige) vezels, en het gestreepte gebied. In de huidige krant de onderzoekers laten zien dat het gestreepte gebied bestaat uit een reeks sterk uitgelijnde vezels die zich om de club wikkelen en voorkomen dat deze bij een impact uitzet.

"Wij geloven dat de rol van het vezelversterkte gestreepte gebied in de smasher's club veel lijkt op de handomslag die boksers gebruiken wanneer ze vechten:om de club samen te drukken en catastrofale scheuren te voorkomen. Samen, de gevolgen, periodieke en gestreepte regio's vormen een club van ongelooflijke kracht, duurzaamheid en slagvastheid, ' zei Kisailus.

Kisailus zei dat een soortgelijk gestreept architectonisch element wordt gezien in de oudere neef van de verpletteraar, de speer, waar men denkt dat het de lange, dunne weerhaken vervormen tijdens penetrerende slagen. De aanwezigheid van deze structuur in de speer heeft waarschijnlijk de komst van de smasher en zijn biologische hamer mogelijk gemaakt, een diversificatie die samenviel met het verschijnen van een prooi met een harde schaal en een meer geavanceerde verdediging. interessant, ze vonden ook een vergelijkbare structuur in het scheenbeen van de bidsprinkhaan op het land, wat suggereert dat biologie dit ontwerp heeft gebruikt voor vergelijkbare functies.

Ook in de krant ontdekten de onderzoekers hoe de smasher zulke snelle onderwateraanvallen uitvoert, die kunnen optreden met snelheden tot 23 meter per seconde. Het profiel van de club, samen met een aangrenzend gebied genaamd de propodus, is een hydrodynamisch traanontwerp dat de weerstand door weerstand vermindert. Dankzij dit druppelvormige ontwerp, de versnelling van de knuppel is zo groot (groter dan een 0,22 kaliber kogel) dat hij door het water scheert, het creëren van cavitatie (bellen die imploderen) om een ​​secundaire impact op de prooi van de bidsprinkhaangarnaal te veroorzaken.

"Interessant, aerodynamische fietshelmen en golfclubs hebben dit ontwerp al, wat suggereert dat de natuur de mens een stap voor was bij het bereiken van hoogwaardige structuren. De natuurlijke wereld kan veel meer ontwerpkenmerken bieden die ons in staat zullen stellen hoogwaardige synthetische materialen te ontwikkelen, ' zei Kisailus.