Почти как у Кличко: в океане скрывается существо, способное нанести один из самых сильных ударов

Самым сильным ударом в истории бокса считается удар украинского боксера Владимира Кличко — его оценили в 700 килограмм. Хотя некоторые предполагают, что самый сильный удар в истории бокса принадлежит Майку Тайсону и достигает около 800 кг. Что касается животного мира, абсолютным чемпионом считается рак-богомол — крошечное, красочное ракообразное наносящее удар со скоростью 123 метра в секунду, пишет Science Alert.

Исследователи считают, что скорость удара рака-богомола эквивалентна ошеломляющей силе в 1500 ньютонов — этого достаточно, чтобы животное могло раскалывать панцири своей добычи. Удары этих морских обитателей настолько сильны, что ученые задались вопросом, как само ракообразное остается невредимым против эффекта отдачи.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

В новом исследовании ученым удалось раскрыть один из секретов раков-богомолов: дактильные дубинки, которые обрушиваются на раков-богомолов, имеют увлекательную структуру, которая фильтрует удары, защищая животное, находящееся за ними.

По словам инженера-механика Орасио Эспинозы из Северо-Западного университета в США, рыба-богомол известна своим невероятно мощным ударом, который может разбить раковины моллюсков и даже стекло аквариума. Но для многократного выполнения этих мощных ударов дубинка креветки-богомола должна иметь надежный защитный механизм, чтобы предотвратить самоповреждение.

В большинстве предыдущих работ ученые анализировали прочность дубинки и ее устойчивость к трещинам, при этом структура рассматривалась как упрочненный ударный щит. В новой работе ученые обнаружили, что рак-богомол использует фононные механизмы — структуры, которые избирательно фильтруют волны напряжения. Это позволяет креветке сохранять свою ударную способность при многократных ударах и предотвращать повреждение мягких тканей

Команда также подробно изучила удар креветки-богомола. Когда она движется в воде на высокой скорости, она создает то, что известно как кавитационный пузырь. Когда вода отталкивается в сторону на высокой скорости, ее плотность снижается до такой степени, что вода внутри пузыря с низкой плотностью испаряется. Этот пузырь окружен водой с более высокой плотностью и не может существовать долго: немедленно взрывается в выбросе тепла, света и звука. Ученые обнаружили, что именно энергия, выделяемая этим пузырем, позволяет креветке-богомолу раскалывать раковины.

По словам Эспиноза, они с коллегами обнаружили последовательность атаки:

• креветка-богомол наносит удар, создавая волны давления на ее цели;
• создаются пузырьки, которые быстро схлопываются, производя ударные волны в диапазоне мегагерц;
• схлопывание этих пузырьков высвобождает интенсивные всплески энергии, которые проходят через дубинку креветки;
• вторичный ударный эффект, наряду с первоначальной силой удара, делает удар рака-богомола еще более разрушительным.

Однако сами креветки-богомолы не страдают от нанесения таких ударов. В ходе своего анализа, ученые стремились выяснить, почему. Команда под руководством инженера Николаса Альдерете из Северо-Западного университета подробно рассмотрела пальценосные булавы павлиньего богомола.

Ученые использовали два метода, чтобы увидеть, как существо реагирует на распространяющиеся волны напряжения, а именно:

• пикосекундный лазерный ультразвук;
• переходную решетчатую спектроскопию.

Результаты показывают, что пальценосные булавы имеют уникальную структуру, чтобы гасить и фильтровать эти волны для защиты рака-богомола. Исследователи обнаружили, что структура панциря пальценосного богомола на самом деле слоистая и похожа на лазанью.

Ударная поверхность представляет собой тонкий слой гидроксиапатита, минерала, в основном состоит из кальция и фосфора, как покрытие ваших зубов. Область удара непосредственно под ним состоит из слоя хитиновых волокон, расположенных в виде елочки, что оптимизирует структурную целостность. Исследователи обнаружили, что этот слой также действует как фононный экран запрещенной зоны — материал, который фильтрует звуковые и стрессовые волны, контролируя, как эти волны взаимодействуют с периодическими структурами материала.