Het NIMS Research Center for Structural Materials en het Okinawa Churashima Foundation Research Center hebben samen de microstructuur en chemische samenstelling vastgesteld van de extreem taaie exoskeletten van kokoskrabklauwen, die een sterkere knijpkracht kunnen genereren dan die van andere schaaldieren. Ze slaagden er ook in om driedimensionale afbeeldingen te maken van de complexe exoskeletweefselstructuren van de klauwen.

De kokoskrab - een heremietkreeft die is geëvolueerd om het dragen van schelpen te verlaten - is een van de grootste terrestrische schaaldieren. De populaties zijn wereldwijd ernstig afgenomen, en in Japan, ze bewonen alleen de gebieden rond de prefectuur Okinawa. In de loop van zijn evolutie, de kokoskrab ontwikkelde een pantserachtig exoskelet om zichzelf te beschermen tegen natuurlijke vijanden en verloor het vermogen om in lege schelpen te passen. Hoewel sommige Okinawa-regio's traditioneel kokoskrabben eten, het is bekend dat ze veel hardere exoskeletten hebben dan andere eetbare schaaldieren, zoals de opiliokrab (Chionoecetes opilio) en de rode koningskrab (Paralithodes camtschaticus). De kokoskrab was te zien als een gevaarlijk wezen in "72 Dangerous Animals:Asia, " een door Netflix gedistribueerde natuurdocumentaireserie. De krab heeft een knijpkracht die gelijk is aan of groter is dan 90 keer zijn lichaamsgewicht, een van de hoogste waarden geregistreerd onder levende organismen. In aanvulling, de knijpkracht van een volgroeide kokoskrab van 4 kg is ongeveer 360 kg, wat overeenkomt met de bijtkracht van een leeuw. Het was onbekend, echter, hoe het exoskelet van een kokoskrabklauw zowel licht van gewicht kan zijn als zo'n sterke kracht kan weerstaan ​​zonder te breken.

Om een ​​antwoord op deze vraag te vinden, dit onderzoeksteam onderzocht de exoskeletweefsels en microstructuren van de klauwen van kokoskrabben met een gewicht van ongeveer 1 kg, de samenstelling en hardheid van het exoskelet op verschillende diepten gemeten en 3D-beelden van het complex gemaakt, microscopisch kleine gelamineerde structuren (d.w.z. gedraaide multiplex-achtige structuren) in het exoskelet. De belangrijkste bevindingen zijn als volgt:

• Het buitenoppervlak van de klauw is zo hard als staal.
• De dunne, moeilijk, verkalkte buitenlaag bestaat uit stapels van ongeveer 100 microscopisch kleine platen met geleidelijk draaiende horizontale oriëntaties. Deze structuur maakt de harde buitenlaag bestand tegen bezwijken, zelfs wanneer een deel van de platen beschadigd is.
• De poreuze binnenlaag van het exoskelet is zachter dan de buitenlaag en kan externe kracht absorberen, beschermt de klauw tegen beschadiging.
• 3D-beelden van deze structuren op verschillende diepten binnen het exoskelet werden voor het eerst gemaakt met behulp van ultramoderne microscopen en technieken die zijn ontworpen voor materiaaltechnologie.

Er is veel moeite gedaan om structurele materialen te ontwikkelen die zowel licht als taai zijn. Het begrijpen van de exoskeletstructuur van kokoskrabklauwen - die licht zijn en bestand zijn tegen de sterkste knijpkracht onder schaaldieren - kan nuttige inzichten opleveren in de ontwikkeling van deze materialen. Dergelijke materialen kunnen mogelijk worden gebruikt in voertuigen (bijv. auto- en vliegtuigonderdelen), vermindering van de uitstoot van kooldioxide. In aanvulling, deze materialen kunnen van toepassing zijn op de ontwikkeling van kleine medische hulpmiddelen, zoals sterk, pincet met kleine diameter en zeer sterke grijpkracht.

Dit onderzoek is gepubliceerd in Materialen &Ontwerp , een open access tijdschrift, op 28 april, 2021.