Сверхпрочный бронежилет, вдохновленный хитином рака-богомола
Рак-богомол с причудливой внешностью является опаснейшим хищником. Его клешни способны легко раскалывать прочные раковины моллюсков и даже аквариумное стекло без ущерба для себя. Однако эти ротоногие обладают не только крепким панцирем, но и могут похвастать едва ли не самым мощным ударом среди всех живых существ на планете. Их условно делят на две группы: «сокрушителей» и «протыкателей», использующих свою хитроумную ногочелюсть на манер дубинки или копья. Удар наносится на скорости около 80 км/ч, причем клешня ускоряется быстрее пули и выдерживает порядка 50 тысяч таких ударов.
Чтобы понять, в чём секрет ультрапрочного панциря рака-богомола, исследователи изучили его структуру целым набором методов и инструментов, от электронных микроскопов до рентгеновских лучей. Выяснилось, что ударный участок клешни представляет собой чрезвычайно твёрдые кристаллы гидроксиапатита, который содержится в человеческих костях и зубах. За этим кристаллическим слоем следует слой гидроксиапатита в некристаллизованном виде, а под ним расположен упругий слой из спиралей хитина и гидроксиапатитом между ними.
Каждый слой имеет свой уровень твёрдости и упругости, а разница этих свойств наделяет структуру удивительной прочностью. Внешний слой клешни содержит волокна хитина и кристаллы фосфата кальция, которые уложены «ёлочкой», благодаря чему такая структура легко рассеивает энергию любого внешнего воздействия. Теперь учёным впервые удалось напечатать с помощью 3D-принтера образец невероятно прочной композиционной структуры, которая эффективно распределяет даже колоссальную силу удара. В перспективе подобный материал планируется использовать для разработки разнообразных защитных покрытий, бронежилетов и шлемов.
