طراحی نسل جدید تجهیزات زرهی با الهام از یک حشره

به گزارش گروه فضای مجازی به نقل از ایسنا، حشره میگوی آخوندکی می‌تواند پوسته سخت شکار خود را توسط یک اندام مشت مانند موسوم به "گرز انگشتی" بشکند.

دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید و دانشگاه پوردو توانستند یک ساختار استخوان ماهی را توصیف کنند که از این گرز در زمان برخورد محافظت کرده تا حیوان بتواند به شکار خود ضربه وارد کند.

میگوهای آخوندکی یا نیزه‌دار هستند یا له کننده. نیزه‌دارها با یک نیزه به بدن شکار خود ضربه وارد می‌کنند اما نوع دیگر با قدرت و سرعت زیاد بر روی پوسته حیواناتی مانند حلزون و خرچنگ می‌کوبند.

در سال 2012 دانشمندان تحقیقی را منتشر کردند که بر گرز انگشتی نوع دوم تمرکز داشت. تحقیقات این محققان الهام‌بخش صنایع بسیاری شد و برخی شرکتها اکنون این اکتشافات را به محصول واقعی تبدیل کرده‌اند.

در تحقیق مذکور، کارشناسان دریافتند که عضو گرز انگشتی از نواحی زیادی برخوردار است. یکی از آن‌ها ناحیه متناوب نام دارد که در بخش داخلی گرز است. این ناحیه، انرژی را جذب کرده و امواج برشی خطرناک را که در زمان استرس از درون مواد عبور می‌کنند، دسته‌بندی می‌کند.

ناحیه متناوب از دو مرحله برخوردار است. اولی یک فاز اورگانیک شامل کیتین است که بنظر می‌رسد به شکل یک پله مارپیچی مونتاژ شده است. مرحله دوم یک فاز غیراورگانیک متشکل از فسفات کلسیم بدون نظم و کربنات کلیسم است.

اکنون دانشمندان یک ناحیه جدید را شناسایی کرده‌اند و این بار، آن را در بخش خارجی گرز انگشتی یافتند. این یک ساختار غیرعادی استخوان ماهی موسوم به ناحیه ضربه است.

ناحیه ضربه یک منطقه مقاوم در برابر شکاف است که از آخوندک‌ها در زمان حمله به شکارشان محافظت می‌کند. البته برخلاف ناحیه متناوب، این منطقه از فسفات کلسیم بلوری ساخته شده که در استخوان انسان نیز وجود دارد. این مواد معدنی به پوشش‌دهی فیبرهای اورگانیک کیتین می‌پردازند که بر روی هم برای ایجاد یک طرح استخوان ماهی با سختی بسیار بیشتر از ناحیه متناوب فشرده شده‌اند.

این ساختار منحصربفرد به آخوندک‌ها اجازه می‌دهد با انتقال نیروی بالاتر در زمان تماس، ویرانی قابل توجهی را بر روی شکار خود اعمال کند.

دانشمندان همچنین دریافتند که لایه بیرونی ناحیه ضربه از پوشش نازک دیگری برای گرز انگشتی تشکیل شده است. این لایه به تفکیک استرسی می‌پردازد که احتمالا ممکن است منجر به ناکامی قابل توجه این اندام شود.

به گفته محققان، این نخستین باری است که طرح استخوان ماهی در طبیعت مورد بررسی قرار گرفته است. اگرچه دانشمندان می‌دانستند ناحیه ضربه به میگوی آخوندک اجازه می‌دهد نیروی زیادی را در زمان حمله بر شکار خود اعمال کند، مشاهده ویژگی‌های این ماده که توسط طرح منحصربفرد استخوان ماهی ایجاد شده، بسیار جالب است.

این محققان به اجرای تحقیقات دارای اجزای محدود برای درک عملکرد ساختارهای مختلف انحام دادند. آن‌ها همچنین ساختار استخوان ماهی را برای بررسی بیشتر چاپ سه‌بعدی کردند. مدل‌های محاسباتی نیز به این منظور ساخته شد که ویژگی‌های محلی ساختار استخوان ماهی را انعکاس می‌دادند. از طریق این مدل‌ها، محققان توضیح دادند که استرس می‌تواند بطور مساوی‌تری توزیع شده و فروپاشی فاجعه‌بار ساختاری را کاهش دهد.

کشف جدید به ارائه اطلاعات ارزشمندی برای ساخت نسل جدید مواد فوق نیرومند برای کاربردهای مختف می‌پردازد.

این تحقیق در مجله Advanced Materials منتشر شده است.

/
: انتشار مطالب و اخبار تحلیلی سایر رسانه‌های داخلی و خارجی لزوماً به معنای تایید محتوای آن نیست و صرفاً جهت اطلاع کاربران از فضای رسانه‌ای منتشر می‌شود.