Зуби морського їжака заточилися об алмазну платівку самі

Матеріалознавці вивчили пристрій зубів морських їжаків і з'ясували, що зуби здатні заточуватися самі в процесі експлуатації. Автори роботи, опублікованої в журналі, вважають, що результати експериментів допоможуть створити самозаточувані інструменти.

Морські їжаки живуть на дні і харчуються будь-якою органікою, яку знайдуть. Зубів у цих тварин п'ять, причому кожен на окремій щелепі, і вся ця конструкція називається «аристотелев ліхтар».

Морські їжаки не тільки подрібнюють за допомогою ліхтаря їжу або зіскрібають її з каменів, але і використовують її для пересування і риття нір.

Орасіо Еспіноса (Horacio Espinosa) з Північно-Західного університету (США) провели «випробування» зубів, щоб дізнатися, як вони зберігають міцність і гостроту. Автори зловили 15 морських їжаків, витягли і обробили зуби, підготувавши їх для дослідів. Потім структуру зуба вивчили за допомогою скануючого електронного мікроскопа. Виявилося, що серцевина зуба складається з волокон кальциту, зорієнтованих уздовж, а поверх цих волокон знаходяться численні платівки з того ж матеріалу.

Щоб випробувати зуби на міцність, дослідники провели тест, який повинен був зімітувати процес, звичайний для зубів морського їжака - зіскаблювання. Зуби з різною силою, від 1 до 5 ньютонів, скребли по алмазній платівці, при цьому процес записувався на відео за допомогою мікроскопа.

Випробування проходили за двома схемами - в першій зуб скріб по пластині з однаковою силою, а в другій сила тиску плавно наростала в процесі. У першому досвіді зуб просто тупився об алмаз. А ось у другому, коли тиск наростав, від зуба почали відколюватися платівки, які його покривали, шматочками розміром до 100 мікрометрів. Вчені припустили, що зуб таким чином самозаточується - платівки відшаровуються, і кромка залишається завжди гострою.

Після цього вони створили комп'ютерну тривимірну модель зуба, використовуючи знання про його структуру і міцність, і повторили експеримент, але вже у вигляді симуляції. У процесі скоблення по пластині кромка зуба поступово сточувалася і робилася плоскою, потім, при наростанні сили натиску платівка відшаровувалася від основи з волокон, а потім відколювалася, залишаючи оновлену кромку.

Автори сподіваються, що їхня робота надихає на створення нових матеріалів та інструментів для різання, шліфування, гірських робіт і риття тунелів.

Морські їжаки дійсно надихають інженерів на створення нових матеріалів, наприклад, бетону, більш гнучкого, ніж звичайний. Ми писали про те, як у розробці цього бетону вчені використовували знання про структуру голок морських їжаків.