Люди часто находят вдохновение в природе. Недавно группа исследователей из нескольких институтов опубликовала статью под названием «Биоинспирированная конструкция гибкой брони на основе хитоновых чешуек». В работе рассматривалось использование многослойной 3д печати и параметрического вычислительного моделирования для создания «синтетического аналога гибкой масштабированной брони».

Биологическая броня предлагает механическую защиту от окружающей среды, в том числе и от атак хищников. Искусственные доспехи используют жесткие конструкции для защиты, что, как объяснила команда, может привести к «компромиссу между гибкостью и маневренностью».


«Многие разновидности хитина состоят из сотен небольших минерализованных чешуек, расположенных на мягком поясе. Обеспечивая гибкость для передвижения и защиты лежащего в основе мягкого тела, чешуйчатый пояс является отличной моделью для создания многофункциональной брони».

Команда завершила исследование трехмерной геометрии, межвидового структурного разнообразия, материального состава и наномеханических свойств чешуек хитоновых поясов, сосредоточившись на Rhyssoplax canariensis. Этот вид покрыт в общей сложности восемью «двусторонне симметричными перекрывающимися минерализованными панцирями раковин», в дополнение к защитному чешуйчатому поясу, что обеспечивает широкий диапазон движений.

Несмотря на то, что поясные чешуи почти полностью состоят из минералов и очень жестки, они также очень гибки и способны приспосабливаться к шероховатым поверхностям. Хитоновые чешуйки более однородны по составу, без пористости, подслоев или неоднородности материала.


Ребята использовали много экспериментальных и модельных подходов, таких как механическое тестирование, моделирование методом конечных элементов, электронная микроскопия, рентгеновская микрокомпьютерная томография и инструментальное наноиндентирование для исследования хитонов. Они также изучили механические характеристики своих многослойных напечатанных прототипов и даже создали масштабный прототип коленной чашечки, чтобы продемонстрировать полезность хитоновой системы как для защитных, так и для гибких применений.

«Современные конструкции наколенников часто попадают в одну из двух крайностей: жесткие пластины, которые создают тяжелую защиту, но ограничивают гибкость, или эластомерные каучуки/пены, которые обеспечивают высокую гибкость, но ограниченную защиту (особенно от острых предметов). Хитоновая защитная накладка на колено предлагает уникальное решение этой проблемы», — отметили исследователи.

Масштабные напечатанные сборки с имели гораздо более высокую стойкость к проколу, чем обычные наколенники с резиновой или пенопластовой вставкой, а также обладали хорошими возможностями согласования формы, особенно в изогнутых конфигурациях. Впрочем, если все получится, применение хитиновой брони существенно расширится.