Les boxeurs intelligents se lient les mains avec des bandes de tissu pour éviter les blessures lorsqu'ils donnent un coup de poing. Il y a des millions d'années, la crevette mante "smasher", l'un des prédateurs les plus fougueux de la nature, trouvé un moyen similaire de protéger le club en forme de marteau qu'il utilise pour pulvériser les proies avec une vitesse et une force incroyables.

Dans une recherche publiée aujourd'hui dans Matériaux avancés , un groupe de chercheurs dirigé par David Kisailus de l'UC Riverside a identifié une structure unique qui s'enroule autour du club de la crevette mante pour le protéger des dommages auto-infligés lorsqu'il écrase les proies à carapace dure. Cette découverte aidera l'équipe de Kisailus à développer des matériaux ultrarésistants pour les industries de l'aérospatiale et du sport.

Crevette mante, qui sont aussi appelés stomatopodes, sont des crustacés agressifs connus pour tuer leurs proies en utilisant une frappe prédatrice qui fait partie des mouvements d'animaux connus les plus rapides. Les stomatopodes sont divisés en deux groupes :" lanciers, " qui attaquent les proies au corps mou à l'aide d'une structure en forme de harpon, et les "smashers" plus récemment évolués, " qui écrasent les proies à carapace dure à l'aide d'un appendice en forme de marteau appelé massue dactyle.

Kisaïlus, qui est le professeur titulaire Winston Chung en innovation énergétique au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering de l'UCR, a étudié les clubs de smashers comme source d'inspiration pour le développement de matériaux composites de nouvelle génération. Son travail est financé par un bureau de recherche scientifique de la Force aérienne dans le cadre d'une initiative de recherche multi-universitaire de 7,5 millions de dollars. Le collaborateur de Kisailus est Pablo Zavattieri, Professeur de génie civil et chercheur universitaire à l'Université Purdue.

Dans des recherches antérieures, l'équipe a montré que le club de dactyle est un composite multirégional fait de chitine minéralisée - le même matériau que l'on trouve dans les coquilles d'insectes et de crustacés - disposés dans un certain nombre de structures uniques. L'extérieur du club, appelée région d'impact, sert comme dur, revêtement résistant aux fissures qui permet à la crevette-mante d'infliger des dommages incroyables à sa proie en transférant son élan lors de l'impact. L'intérieur du club comprend deux régions :la région périodique, une structure absorbant l'énergie qui dissipe les fissures le long d'une série de longues fibres hélicoïdales (en forme de spirale), et la région striée. Dans le journal actuel, les chercheurs montrent que la région striée comprend une série de fibres très alignées qui s'enroulent autour du club et l'empêchent de se dilater lors de l'impact.

"Nous pensons que le rôle de la région striée renforcée de fibres dans le club du smasher ressemble beaucoup à l'enveloppement des mains utilisé par les boxeurs lorsqu'ils se battent :pour comprimer le club et éviter les fissures catastrophiques. Ensemble, l'impact, les régions périodiques et striées forment un club d'une force incroyable, durabilité et résistance aux chocs, " dit Kisaïlus.

Kisailus a déclaré qu'un élément architectural strié similaire est vu dans le cousin plus ancien du smasher, le lanceur, où l'on pense empêcher le long, barbes minces de se déformer lors de frappes pénétrantes. La présence de cette structure dans la lance a probablement permis l'avènement du smasher et de son marteau biologique, une diversification qui a coïncidé avec l'apparition de proies à carapace dure avec des défenses plus sophistiquées. De façon intéressante, ils ont également trouvé une structure similaire dans le tibia de la mante religieuse terrestre, suggérant que la biologie a utilisé cette conception pour des fonctions similaires.

Toujours dans le journal, les chercheurs ont découvert comment le smasher effectue des attaques sous-marines aussi rapides, qui peut se produire à des vitesses allant jusqu'à 23 mètres par seconde. Le profil du club, avec une région voisine appelée le propodus, est une conception hydrodynamique en forme de goutte qui réduit la résistance due à la traînée. En raison de cette conception en forme de larme, l'accélération du club est si grande (supérieure à une balle de calibre 0,22) qu'elle cisaille l'eau, créer de la cavitation (des bulles qui implosent) pour produire un impact secondaire sur les proies de la crevette-mante.

"De façon intéressante, les casques de cyclisme aérodynamiques et les clubs de golf intègrent déjà ce design, suggérant que la nature avait une longueur d'avance sur les humains dans la réalisation de structures de haute performance. Le monde naturel peut fournir beaucoup plus d'indices de conception qui nous permettront de développer des matériaux synthétiques de haute performance, " dit Kisaïlus.