Nhìn bề ngoài, tôm bọ ngựa hay còn gọi là tôm tít trông không giống như một kẻ thù đáng sợ, nhưng khi quan sát cặp càng dạng chùy đầy mạnh mẽ của chúng thì bạn không thể không e sợ. Mới đây, một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ trường Đại học Purdue và Đại học California, Riverside (Hoa Kỳ) đã phát hiện ra cơ chế đằng sau cách thức sử dụng loại vũ khí nguy hiểm của loài sinh vật này mà không gây tổn thương vĩnh viễn cho chính bản thân chúng và chiến lược mang tính sáng tạo, truyền cảm hứng cho khả năng phát triển loại vật liệu siêu cứng mới trong tương lai.
Tôm bọ ngựa là một loài sinh vật rất đặc biệt trong tự nhiên, chúng sống ở vùng nhiệt đới và thường sống cô độc. Đặc biệt, loài này sở hữu đôi càng to và chắc khỏe được xem là một trong những vũ khí nguy hiểm nhất trong vương quốc động vật. Khi tấn công con mồi, “cặp càng dactyl” của chúng được vung ra với tốc độ nhanh khủng khiếp với gia tốc lên đến 10.400 g, bằng với gia tốc của một viên đạn 0,22 calibre. Nếu đòn tấn công này chưa đủ mạnh để hạ gục con mồi mục tiêu thì chúng sẽ dùng sóng xung kích để làm choáng con mồi.
Tôm tít thường sử dụng đôi càng to khỏe, mạnh mẽ để đập vỡ và xé toạc những con mồi của chúng như nhuyễn thể, cua, ốc… (thậm chí, có trường hợp ghi nhận tôm tít đã làm vỡ kính bể nuôi cá cảnh với một cú đánh bằng đôi càng), tuy nhiên, khả năng chịu đựng những tác động mạnh mẽ, lặp đi lặp lại của loài này cho đến nay vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể. Trước đây, các nhà khoa học của UC Riverside đã tiến hành kiểm tra cấu trúc tăng/giảm theo dạng xoắn ốc – yếu tố khiến cặp càng trông càng dữ tợn và họ đã phát hiện ra mô hình giảm sốc được sắp xếp theo kiểu chữ chi trên bề mặt ngoài của càng. Những chi tiết, dữ liệu này vô cùng hữu ích cho khả năng nghiên cứu và thiết kế các loại vật liệu composite mới bền vững trong tương lai.
Trong nghiên cứu mới, nhóm đã xem xét kỹ hơn cách thức hoạt động chính xác của cấu trúc xoắn ốc giúp bảo vệ càng tránh bị tổn thương. Đầu tiên, họ tiến hành in 3D vật liệu mô hình mô phỏng cặp càng với cấu trúc xoắn ốc của loài tôm bọ ngựa. Sau khi thực nghiệm một loạt các tác động lặp đi lặp lại, các nhà nghiên cứu quan sát thấy các vết nứt hình thành trên bề mặt vật liệu, nhưng điều thú vị hơn là những vết nứt này không hề gây ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của vật liệu, mà ngược lại, càng làm gia tăng sức bền cho nó. Những vết nứt được tìm thấy có cấu trúc giống cấu trúc xoắn của các sợi chitin trong lớp vỏ càng tôm, có khả năng làm tiêu tan năng lượng va chạm cũng như ngăn chặn sự phát triển của vết nứt.
Pablo Zavattieri, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết: “Cơ chế đặc biệt này trước đây chưa từng được nghiên cứu chi tiết. Những gì chúng tôi đang tập trung tìm kiếm là thời điểm vết nứt xuất hiện làm tăng động lực nhằm phát triển mức độ tăng/giảm dần dần của vết nứt, thúc đẩy sự hình thành các cơ chế tương tự khác, ngăn chặn vật liệu bị vỡ vụn. Đó là nguyên nhân lý giải tính rắn chắc của vật liệu“.
Zavattieri chia sẻ: “Nắm được cơ chế đằng sau tính dẻo dai của vật liệu là một bước quan trọng hướng tới việc phát triển các vật liệu cứng rắn hơn trong tương lai”. Ông cũng cho biết nhóm đang thiết lập những cơ chế mới không có sẵn đối với các loại vật liệu tổng hợp. “Thông thường, khi sản xuất vật liệu tổng hợp, các nhà khoa học thực hiện sắp xếp các sợi lại với nhau theo những cách thức chưa đạt mức độ tối ưu, nhưng thiên nhiên đang chỉ cho chúng ta thấy cách thức đúng đắn, hợp lý hơn nhiều mà chúng ta nên áp dụng“.
Nghiên cứu được xuất bản trong hai bài báo trên Tạp chí Hành vi cơ học của Vật liệu y sinh và Tạp chí Quốc tế về Chất rắn và Cấu trúc.
P.K.L (NASATI), theo https://newatlas.com/mantis-shrimp-club-material-crack/55196