Ученые выяснили, в чем секрет прочности жгучих волосков крапивы и комариных хоботков — Naked Science
5 минут
Мария Азарова

Ученые выяснили, в чем секрет прочности жгучих волосков крапивы и комариных хоботков

3.6

Исследователи объяснили, как острые части растений или животных, будь то жало комара или иглы кактуса и волоски крапивы, могут быть настолько прочными, чтобы прокалывать кожу человека и при этом не ломаться. Оказалось, несмотря на вариацию в размерах, их структуры поразительно похожи.

Стебель крапивы
Стебель крапивы / © CC BY 2.0 / Jerry Kirkhart

Ученые из Датского технического университета (DTU Physics) в своем исследовании, опубликованном в журнале Nature, рассказали о принципах, лежащих в основе конструкции шипов, игл, жал и многого другого, а также выяснили, почему они способны прокалывать кожу человека и оставаться целыми. По словам авторов работы, эти механизмы можно будет использовать в биомиметике: в частности, при разработке новых инструментов и медицинского оборудования.

Кааре Хартвиг ​​Йенсен и его коллеги из DTU Physics неоднократно сталкивались с тем, что маленькие стеклянные пипетки, которые необходимы при заборе жидкости из растительных клеток, разрушаются при контакте с клеточной стенкой. Это настолько озадачивало исследователей, что они решили подробнее изучить растения, обладающие колючками, а также некоторых животных: например, кровососущих комаров или морских ежей.

Для этого был проведен эксперимент, невольными “участниками” которого стали более 200 видов различных растений и животных. При этом их шипы, жала и прочие заостренные части разных форм и размеров могли использоваться для множества целей: например, для прилипания к поверхности, приема пищи или защиты. Также в исследование включили искусственные острые предметы — гвозди, иглы для шприцев и копья длиной до шести метров — для поиска взаимосвязи между прочностью и эластичностью.

Растения, животные и предметы с острыми концами, изученные в работе, а также их конструкция / © Nature

«Наши результаты показали, что существует четкая корреляция между длиной иглы или жала и диаметром, как близко к кончику, так и в месте его прикрепления к “хозяину”. Мы раскрыли оптимальную стратегию проектирования, которая связывает их длину, диаметр основания d0, модуль Юнга E и силу трения на единицу площади. Этот принцип может быть сформулирован так: d0 ≈(μп0/Е)1/3L. Таким образом, и необходимая прочность, и эластичность кончика — будь то колючка крапивы или жало комара — может быть гарантирована, — говорит Кааре Хартвиг ​​Йенсен. — В то же время ясно, что острые предметы природного происхождения находятся на самом краю того, что физически возможно. При этом все природные проекты похожи, независимо от того, смотрим ли мы на наноразмерные пики вируса или на полутораметровый шип рыбы-меч”.

Авторы работы отметили, что их результаты могут быть полезны в будущем при создании, к примеру, игл шприца для более оптимизированного распределения лекарства или гвоздей, чтобы снизить расход материала без потери для качества. При этом сами исследователи уже применили выведенную формулу: они перепроектировали стеклянные пипетки таким образом, чтобы те более не ломались во время экспериментов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 18:38
14 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

13 апреля
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

5 часов назад
3 минуты
Сергей Васильев

Новый краситель на основе сульфата бария отражает видимые и ИК-волны, сохраняя температуру ниже окружающей среды.

13 апреля
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

13 апреля
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

Вчера, 18:38
14 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: