Учёные создали компьютерную модель, повторяющую свойства «брони» морских ракушек

Морские организмы постоянно подвергаются ударам, вызванных бурями и приливами, скалистыми берегами и острыми зубами хищников. И, как показали недавние исследования, в природе существует один тип оболочки, который выделяется выше всех остальных по своей прочности.

Инженеры из Массачусетского технологического института изучили строение раковин моллюсков семейства стромбиды и установили, что именно позволяет им выделяться своей прочностью среди раковин других моллюсков. Результаты исследования они опубликовали в журнале Advanced Materials.

Раковины морских животных должны выдерживать воздействие приливов и штормов, столкновения с камнями и нападение хищников. Авторы исследования заинтересовались тем, почему раковины одного семейства моллюсков справляются с этой задачей лучше, чем остальные.

По словам авторов исследования, эти раковины имеют уникальную структуру. Их прочность, способность сопротивляться растрескиванию, объясняется тем, что в их структуре есть три иерархично расположенных уровня. Материал раковин имеет похожее на зигзаг строение, из-за чего трещинам приходится как бы проходить по лабиринту, чтобы продвинуться дальше.

Хотя структура была известна раньше, ученые не могли воспроизвести ее достаточно точно. В последней работе инженеры применили технологию 3D-печати, позволяющую скопировать структуру, а значит и протестировать ее. По сравнению с испытаниями, в которых используются настоящие ракушки, такой подход давал лучший контроль над условиями эксперимента и более надежные результаты.

В ходе испытаний ученые брали напечатанные материалы с различным расположением структур на иерархических уровнях. Оказалось, что материалы, имеющие такую же структуру, что и ракушки, сочетают в себе прочность (чем хороша сталь) и способность рассеивать энергию удара (преимущество резины).

Как заметили авторы работы, необычную прочность ракушек можно использовать при создании, например, шлемов и защитной одежды для спортсменов и военных. А применение технологий 3D-печати позволит создавать индивидуальные средства защиты.