Le Centre de recherche NIMS pour les matériaux structuraux et le Centre de recherche de la Fondation Churashima d'Okinawa ont conjointement vérifié la microstructure et la composition chimique des exosquelettes extrêmement résistants des pinces de crabe de cocotier, qui sont capables de générer une force de pincement plus forte que celles de tout autre crustacé. Ils ont également réussi à créer des images tridimensionnelles des structures tissulaires exosquelettiques complexes des griffes.

Le crabe de cocotier - un bernard-l'ermite qui a évolué pour abandonner le comportement de port de carapace - est l'un des plus gros crustacés terrestres. Ses populations ont sérieusement diminué à l'échelle mondiale, et au Japon, ils habitent uniquement les zones entourant la préfecture d'Okinawa. Au cours de son évolution, le crabe de cocotier a développé un exosquelette semblable à une armure pour se protéger des ennemis naturels et a perdu la capacité de s'insérer dans des coquillages vides. Bien que certaines régions d'Okinawa mangent traditionnellement des crabes de cocotier, ils sont connus pour avoir des exosquelettes beaucoup plus durs que les autres crustacés comestibles, comme le crabe opilio (Chionoecetes opilio) et le crabe royal rouge (Paralithodes camtschaticus). Le crabe de cocotier a été présenté comme une créature dangereuse dans "72 Dangerous Animals:Asia, " une série documentaire sur la nature distribuée par Netflix. Le crabe a une force de pincement égale ou supérieure à 90 fois son poids corporel, l'une des valeurs les plus élevées enregistrées parmi les organismes vivants. En outre, la force de pincement d'un crabe de cocotier adulte de 4 kg est d'environ 360 kg, ce qui équivaut à la force de morsure d'un lion. C'était inconnu, cependant, comment l'exosquelette d'une pince de crabe de cocotier peut être à la fois léger et capable de résister à une force aussi forte sans se casser.

Pour trouver une réponse à cette question, cette équipe de recherche a étudié les tissus exosquelettiques et les microstructures des pinces de crabes de cocotier pesant environ 1 kg, mesuré la composition et la dureté de l'exosquelette à différentes profondeurs et créé des images 3D du complexe, structures stratifiées microscopiques (c. structures torsadées ressemblant à du contreplaqué) à l'intérieur de l'exosquelette. Les principaux constats sont les suivants :

• La surface extérieure de la griffe est aussi dure que l'acier.
• La mince, dur, la couche externe calcifiée est composée d'empilements d'environ 100 plaques microscopiques avec des orientations horizontales progressivement tordues. Cette structure rend la couche externe dure résistante à l'effondrement même lorsque certaines plaques sont endommagées.
• La couche interne poreuse de l'exosquelette est plus douce que la couche externe et est capable d'absorber la force externe, protéger la griffe des dommages.
• Des images 3D de ces structures à différentes profondeurs dans l'exosquelette ont été créées pour la première fois à l'aide de microscopes et de techniques de pointe conçus pour l'ingénierie des matériaux.

Beaucoup d'efforts ont été faits pour développer des matériaux de structure à la fois légers et résistants. Comprendre la structure exosquelettique des pinces de crabe de cocotier - qui sont légères et capables de résister à la force de pincement la plus forte parmi les crustacés - peut fournir des informations utiles sur le développement de ces matériaux. De tels matériaux peuvent potentiellement être utilisés dans le véhicule (par exemple, composants automobiles et aéronautiques), réduire les émissions de dioxyde de carbone. En outre, ces matériaux peuvent être applicables au développement de petits dispositifs médicaux, comme fort, pince de petit diamètre avec force de préhension très forte.

Cette recherche a été publiée dans Matériaux et conception , une revue en libre accès, le 28 avril, 2021.