Les crevettes Mantis sont célèbres pour leurs coups de poing ultra-rapides et puissants utilisés pour envoyer des proies. Ils peuvent atterrir la volée après la volée d'observation des coquilles, sans blessure majeure à leurs propres nerfs ou chair.
En effet Science.
Bien que suffisamment petit pour tenir dans votre main, la crevette mante de paon (Odontodactylus scyllarus) frapper si vite qu'ils créent des bulles implosées. L'impact et les implosions fonctionnent de concert pour infliger des forces qui peuvent dépasser 1 000 fois le poids corporel de la crevette Mantis. Pourtant, les prédateurs déchaînent ce pouvoir à plusieurs reprises sans se blesser ni casser leurs clubs.
Les scientifiques pensaient que cette résilience pourrait provenir directement de l'architecture au sein de l'armure du club. Là, des couches de chitine durcies minérales – une longue chaîne de sucres qui est la principale composante des exosquelettes d'arthropodes – reposent au-dessus des piles plus profondes de faisceaux de chitine. Ces couches plus profondes sont légèrement tournées par rapport aux couches au-dessus et en dessous, un peu comme une pile de papier qui a été tordu, créant une forme de tire-bouchon de type hélice appelée structure Bouligand.
On soupçonnait que cette conception pourrait agir comme un bouclier en quelque sorte, manipulant la façon dont les vagues d'énergie se sont déplacées. Mais il n'avait pas été soigneusement testé expérimentalement.
«Il s'agissait principalement de calculs théoriques», explique Hortense Le Ferrand, scientifique des matériaux et ingénieur à la Nanyang Technological University à Singapour qui n'était pas impliquée dans l'étude. Certains bio-génieurs, dit-elle, notent qu’il n’y avait pas vraiment de preuve… beaucoup de doute négatif. »
Donc, Horacio Espinosa, ingénieur de la Northwestern University à Evanston, Ill., Et ses collègues ont systématiquement testé l'idée dans le laboratoire. Pour imiter les ondes de pression ressenties par les crevettes de mante, les chercheurs ont tiré des impulsions laser sur des coupes transversales enrobées d'aluminium de l'exosquelette du club, ce qui les fait chauffer et se développer rapidement. Ils ont ensuite mesuré comment les ondes à haute énergie créées par cette expansion ont traversé le matériau.
Les expériences montrent que les couches externes minéralisées contrôlent la propagation de minuscules fissures de l'impact de la frappe elle-même, tandis que les couches plus profondes en forme d'hélice peuvent dissiper ou neutraliser les ondes énergétiques les plus élevées. Cela «empêche les ondes de cisaillement de nuire aux tissus mous du club», explique Espinosa.
La structure en forme d'hélice à l'intérieur du club semble être une version naturelle des matériaux d'ingénierie conçus pour manipuler la propagation des ondes sonores. Ces matériaux sont traditionnellement considérés comme artificiels, explique Federico Bosia, physicien à l'Université polytechnique de Turin en Italie.
Cela «ajoute à l'ensemble des preuves qui montrent qu'ils apparaissent également naturellement dans les systèmes biologiques, où ils se sont développés par l'évolution à des fins de contrôle des vagues et des vibrations», explique Bosia. Les échelles d'aile de certains papillons ont également des propriétés d'amortissement des vagues, par exemple, absorbant les ondes sonores comme une forme de camouflage acoustique contre l'écholocation de leurs prédateurs de chauve-souris.
L'architecture d'exosquelette pourrait inspirer des matériaux tels que l'armure résistante à l'impact, les revêtements protecteurs et les structures aérospatiales, explique Espinosa.
Le scientifique des matériaux David Kisailus de l'Université de Californie, Irvine a déjà développé des applications pour la structure Helix à l'intérieur du club des crevettes Mantis, utilisant la conception pour améliorer la ténacité des ailes d'avion, des lames éoliennes et des bâtons de hockey. Kisailus étudie d'autres espèces qui promettent d'inspiration des matériaux à haute performance et parient les nouvelles résultats sont la pointe de l'iceberg.
Il existe des millions d'espèces qui ont dû s'adapter à des conditions en constante évolution, dit Kisailus. «Je sais qu'il y a beaucoup, beaucoup de plans qui n'attendent que d'être révélés dans la pléthore d'organismes de la nature.»
