Морские звёзды умеют «видеть» через скелет — открытие вдохновляет инженеров
Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета под руководством профессора Тинг Ли (Ting Li) обнаружили в кальцитовом скелете морской звёзды Protoreaster nodosus уникальные оптические структуры, способные проводить и фокусировать свет. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences и уже попала на обложку журнала Science.
Скелет, который видит
Морские звёзды относятся к классу иглокожих и строят свой скелет из карбоната кальция (кальцита) — хрупкого, но удивительно лёгкого минерала. Элементы этого скелета — так называемые осикулы — соединены в пористую сеть, напоминающую архитектурную решётку. Эта пористость делает скелет прочным и лёгким одновременно.
Когда учёные исследовали кончики щупалец морской звёзды, они обнаружили там десятки гладких линзоподобных выступов, встроенных прямо в минеральный скелет. Экспериментально доказано: терминальная пластина — специализированный осикул на конце руки — содержит массив светопроводящих конусообразных структур длиной около 250 мкм. Эти «биологические световоды» проводят и фокусируют свет во внутреннюю полость организма.
«Мы были потрясены тем, что щёточный мазок сопоставим по результатам с образцом ткани», — отметил Ли. — «Это биологическая система, которая одновременно является конструкционной и оптической».
Уроки для инженерии
Открытие формулирует два принципа, которые могут лечь в основу нового поколения материалов:
- Совмещёние функций: один и тот же материал способен обеспечивать как механическую защиту, так и сенсорную функцию
- Геометрия решает всё: плавные переходы между порами снижают концентрацию напряжений, что объясняет, почему пористый скелет остаётся прочным
«Представьте защитную панель, которая не только поглощает удары, но и отслеживает состояние окружающей среды, обнаруживает повреждения или передаёт информацию», — говорит Ли. По его словам, морская звёзда демонстрирует, что такие сочетания возможны.
Читайте также по теме: новых материалах и технологических процессах.
Среди практических приложений — лёгкие конструкционные пены для аэрокосмической отрасли с встроенной сенсорикой, самодиагностирующиеся строительные материалы и биоинспирированные оптические системы следующего поколения.
