I gamberi di mantide sono famosi per i loro potenti pugni ultrafast usati per spedire le prede. Possono atterrare il tiro al volo dopo il tiro al volo, senza gravi lesioni ai propri nervi o carne.
Questo perché l’esoscheletro dei loro antemetri fostili da club è costruito per filtrare le onde di pressione più dannose causate da uno sciopero, riferiscono i ricercatori nel 7 febbraio Scienza.
Sebbene abbastanza piccolo da adattarsi alla tua mano, i gamberi mantide di pavone (Odontodactylus scyllarus) colpisci così in fretta da creare bolle implicanti. L’impatto e le implosioni funzionano in concerto per infliggere forze che possono superare il peso corporeo dei gamberi di mantine. Tuttavia, i predatori scatenano ripetutamente questo potere senza ferirsi o rompere i loro club.
Gli scienziati hanno pensato che questa resilienza potesse provenire direttamente dall’architettura all’interno dell’armatura del club. Lì, strati di chitina indurita minerale-una lunga catena di zuccheri che è la componente principale degli esoscheletri di artropodi-riposano sopra pili più profondi di pacchetti di chitina. Quegli strati più profondi sono leggermente ruotati rispetto agli strati sopra e sotto, proprio come una pila di carta che è stata attorcigliata, creando una forma di cavatappi a forma di elica chiamata struttura Bouligand.
Si sospettava che questo design potesse fungere da sorta di scudo, manipolando come le onde ad alta energia si muovevano attraverso di esso. Ma non era stato testato a fondo sperimentalmente.
“Sono stati principalmente calcoli teorici”, afferma Hortense Le Ferrand, scienziato materiale e ingegnere della Nanyang Technological University di Singapore che non è stato coinvolto nello studio. Alcuni bioingegnatori, dice, notano che “non c’era davvero alcuna prova … un sacco di dubbi negativi”.
Quindi Horacio Espinosa, un ingegnere della Northwestern University di Evanston, Illinois, e i suoi colleghi hanno sistematicamente testato l’idea in laboratorio. Per imitare le onde di pressione sperimentate dai gamberi di mantide, i ricercatori hanno sparato impulsi laser in sezioni trasversali rivestite in alluminio dell’esoscheletro del club, causando il riscaldamento e si espandono rapidamente. Hanno quindi misurato il modo in cui le onde ad alta energia create da quell’espansione sono passate attraverso il materiale.
Gli esperimenti mostrano che gli strati esterni mineralizzati controllano la diffusione di piccole fessure dallo sciopero l’impatto stesso, mentre gli strati più profondi simili all’elica possono dissipare o neutralizzare le onde di energia più elevate. Ciò “impedisce alle onde di taglio di danneggiare i tessuti molli all’interno del club”, afferma Espinosa.
La struttura a elica all’interno del club sembra essere una versione naturale di materiali ingegnerizzati progettati per manipolare la propagazione delle onde sonore. Tali materiali sono tradizionalmente considerati artificiali, afferma Federico Bosia, fisico presso l’Università politecnica di Torino in Italia.
Questo “aggiunge al crescente corpo di prove che dimostra che appaiono naturalmente anche nei sistemi biologici, dove si sono sviluppati attraverso l’evoluzione per scopi di controllo delle onde e delle vibrazioni”, afferma Bosia. Le scale dell’ala di alcune falene hanno anche proprietà di smorzamento delle onde, ad esempio, assorbendo le onde sonore come una forma di camuffamento acustico contro l’ecolocalizzazione dei loro predatori di pipistrelli.
L’architettura di esoscheletro potrebbe ispirare materiali come armature resistenti all’impatto, rivestimenti protettivi e strutture aerospaziali, afferma Espinosa.
Lo scienziato dei materiali David Kisailo dell’Università della California, Irvine ha già sviluppato applicazioni per la struttura dell’elica all’interno del club di gamberi di mantide, usando il design per migliorare la tenacità delle ali di aereo, le lame per turbine eoliche e le bastoncini da hockey. Kisailus studia altre specie con promesse per ispirare materiali ad alte prestazioni e scommette che i nuovi risultati sono la punta dell’iceberg.
Ci sono milioni di specie che hanno dovuto adattarsi a condizioni in continua evoluzione, afferma Kisailus. “So che ci sono molti, molti progetti là fuori che aspettano solo di essere rivelati nella pletora di organismi della natura.”
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