I pugili intelligenti si legano le mani con strisce di stoffa per evitare lesioni quando colpiscono. Milioni di anni fa, la canocchia "schiacciante", uno dei predatori più feroci della natura, ha escogitato un modo simile per proteggere la mazza simile a un martello che usa per polverizzare la preda con incredibile velocità e forza.

Nella ricerca pubblicata oggi in Materiale avanzato , un gruppo di ricercatori guidati da David Kisailus dell'UC Riverside ha identificato una struttura unica che avvolge la mazza del gambero di mantide per proteggerlo dai danni autoinflitti mentre schiaccia la preda dal guscio duro. La scoperta aiuterà il team di Kisailus a sviluppare materiali ultra resistenti per l'industria aerospaziale e sportiva.

Canocchia, che sono anche chiamati stomatopodi, sono crostacei aggressivi noti per uccidere la loro preda usando un attacco predatorio che è tra i movimenti animali più veloci conosciuti. Gli stomatopodi si dividono in due gruppi:"lanciatori, " che attaccano prede dal corpo molle usando una struttura simile ad un arpione, e i più recentemente evoluti "smasher, " che schiacciano le prede dal guscio duro usando un'appendice simile a un martello chiamata mazza dattilo.

Kisailus, chi è il Winston Chung Endowed Professor in Energy Innovation presso il Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering dell'UCR, ha studiato i club degli smashers come ispirazione per lo sviluppo di materiali compositi di nuova generazione. Il suo lavoro è finanziato da un Air Force Office of Scientific Research nell'ambito di un'iniziativa di ricerca multiuniversitaria da $ 7,5 milioni. Il collaboratore di Kisailus è Pablo Zavattieri, Professore di Ingegneria Civile e borsista universitario presso la Purdue University.

In precedenti ricerche, il team ha dimostrato che il club di dattilo è un composito multiregionale fatto di chitina mineralizzata, lo stesso materiale che si trova nei gusci di insetti e crostacei, organizzato in una serie di strutture uniche. L'esterno del club, chiamata regione d'impatto, serve come duro, rivestimento resistente alle crepe che consente al gambero di mantide di infliggere danni incredibili alla sua preda trasferendo il suo slancio al momento dell'impatto. L'interno del club comprende due regioni:la regione periodica, una struttura ad assorbimento di energia che dissipa le crepe lungo una serie di lunghe fibre elicoidali (a spirale), e la regione striata. Nel documento attuale, i ricercatori mostrano che la regione striata comprende una serie di fibre altamente allineate che avvolgono il bastone e ne impediscono l'espansione al momento dell'impatto.

"Riteniamo che il ruolo della regione striata rinforzata con fibre nella mazza dello smasher sia molto simile alla fascia per le mani usata dai pugili quando combattono:per comprimere la mazza e prevenire rotture catastrofiche. Insieme, l'impatto, regioni periodiche e striate formano un club di incredibile forza, durata e resistenza agli urti, " disse Kisailus.

Kisailus ha detto che un elemento architettonico striato simile è stato visto nel cugino più antico del distruttore, il lanciatore, dove si pensa di prevenire il lungo, barbe sottili di deformarsi durante i colpi penetranti. La presenza di questa struttura nella lancia probabilmente ha permesso l'avvento dello schiacciatore e del suo martello biologico, una diversificazione che coincideva con la comparsa di prede dal guscio duro con difese più sofisticate. interessante, hanno anche trovato una struttura simile nella tibia della mantide religiosa terrestre, suggerendo che la biologia ha utilizzato questo disegno per funzioni simili.

Anche sul giornale, i ricercatori hanno scoperto come il distruttore effettui attacchi subacquei così rapidi, che può verificarsi a velocità fino a 23 metri al secondo. Il profilo del club, insieme ad una regione attigua chiamata propodus, è un design a goccia idrodinamico che riduce la resistenza dovuta alla resistenza. A causa di questo design a goccia, l'accelerazione della mazza è così grande (maggiore di un proiettile calibro 0,22) che trancia l'acqua, creando cavitazione (bolle che implodono) per produrre un impatto secondario sulla preda del gambero di mantide.

"Interessante, caschi da ciclismo aerodinamici e mazze da golf incorporano già questo design, suggerendo che la natura fosse un passo avanti rispetto agli umani nel raggiungimento di strutture ad alte prestazioni. Il mondo naturale può fornire molti più spunti progettuali che ci permetteranno di sviluppare materiali sintetici ad alte prestazioni, " disse Kisailus.