Crevetele-călugăriță are un avantaj considerabil
Un studiu publicat pe 6 februarie în revista ştiinţifică Science relevă că structura specializată a crevetelui-călugăriță, cunoscută sub numele de „pumnul dactil”, îi permite să absoarbă undele de şoc generate atunci când sparge cochiliile moluştelor sau ale altor crustacee.
Descoperirile ar putea inspira proiectarea unor materiale artificiale cu proprietăți utile, afirmă Maroun Abi Ghanem, fizician la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică, care studiază biomaterialele la Universitatea din Lyon, Franța. Aceste materiale ar putea fi utilizate pentru crearea unor implanturi chirurgicale capabile să colecteze energie transmisă prin ţesut în timpul procedurilor imagistice sau pentru dezvoltarea unor filtre mecanice pentru telefoane mobile și alte dispozitive electronice.
Construcția din chitină
Abi Ghanem şi colegii săi au analizat ciocanul crevetelui călugăriță păun (Odontodactylus scyllarus), o specie originară din oceanele Indian și Pacific.
Exoscheletul ciocanului, care conține un polimer natural numit chitină și un mineral pe bază de calciu similar cu cel din oasele și dinții umani, este format din trei straturi. Stratul intermediar conţine o structură unică, numită „structură Bouligand”, unde fibrele de chitină sunt aranjate ca un fascicul de creioane ce se răspândesc în diverse direcţii. Unele sunt orientate spre straturile exterioare, altele paralele cu acestea, iar altele formează unghiuri intermediare. Această orientare a fibrelor nu este aleatorie, ci urmează un model periodic care se repetă la circa 500 de micrometri.
În 2015, cercetătorii au sugerat că această structură neobișnuită a fibrelor de chitină, și, în special, periodicitatea acesteia, conferă ciocanului proprietăți remarcabile de absorbție a şocurilor. Teoria lor presupunea că acest strat al exoscheletului ar putea funcționa ca un filtru, prin captarea undelor de şoc cu frecvență înaltă, cele mai periculoase, concentrând energia lor în explozii de doar câteva nanosecunde.
„Dacă energia este concentrată într-un interval de timp extrem de scurt, devine mai nocivă”, explică Abi Ghanem. „Această energie mecanică trebuie absorbită în mod eficient pentru a preveni rănirea crevetelui.”
Unde de şoc dăunătoare în timpul impactului
Autorii studiului recent au confirmat corectitudinea acestei teorii, utilizând o tehnică avansată numită ultrasunete laser cu pompă-sondă. Aceștia au folosit un laser pentru a genera unde de înaltă frecvență într-o probă din exoscheletul ciocanului şi un alt laser pentru a măsura modul în care aceste unde sunt absorbite în stratul intermediar.
„Periodicitatea este esențială și rezultă din rotațiile fibrelor. Aceasta servește la filtrarea undelor elastice din domeniul megahertzilor”, explică Abi Ghanem.
Nicola Pugno, specialist în știința materialelor la Universitatea din Trento, Italia, remarcă că studiul demonstrează că structura Bouligand din ciocanul crevetelui-călugăriță „filtrează selectiv” undele de şoc dăunătoare în timpul impactului. Astfel de studii evidențiază „potențialul exploatării unor modele naturale pentru aplicații tehnologice”, adaugă el.