16.06.2020
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.
22 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

Вчера, 18:54
Мария Азарова

Ученые получили снимок планеты 2M0437b, которая сформировалась не более пяти миллионов лет назад и до сих пор остается чрезвычайно горячей.

22 октября
Александр Березин

Повелители тундростепей Евразийского континента, оказывается, вовсе не вымерли с концом ледникового периода. Вопреки тому, что считалось ранее, они выжили — как минимум на Таймыре и как минимум до 1900 года до нашей эры. А это на много веков позже постройки пирамиды Хеопса. Получается, человек не привел мамонта к вымиранию? Или, напротив, нашел затерянные на Таймыре остатки вида и уничтожил их совсем недавно? Это сложный вопрос, от которого зависит ответ на другой: могут ли слоны заселить Север России и в наши дни?

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

22 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу, что человеческий мозг уменьшился из-за процессов глобализации, кооперации и разделения труда.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: