Морские ежи имеют пять зубов, каждый из которых удерживается отдельной челюстью в круглом расположении в центре их шипастого сферического тела. Исследователи, опубликовавшие сообщение в журнале Matter от 18 сентября, обнаружили, что зубы розового морского ежа специально приспособлены для того, чтобы точить себя.
Вместо того, чтобы просто сопротивляться износу, их зубы на самом деле устроены таким образом, чтобы выкрашивать таким образом, что это помогает им сохранять остроту лезвия. Исследователи сравнивают это с заточкой ножа путем выборочного удаления материала с режущей кромки. Исследователи говорят, что результаты могут привести к созданию новых видов синтетических материалов для использования в различных областях.
«Материал на внешнем слое зуба демонстрирует сложное поведение пластичности и повреждения, которое регулирует «контролируемое» скалывание зуба для поддержания его остроты», - сказал Орасио Эспиноса из Северо-Западного университета. Чтобы компенсировать потерю материала, объясняет он, зубы ежа продолжают расти на протяжении всей жизни.
Исследователи ранее предполагали, что морские ежи могут иметь такой самозатачивающийся зубной механизм. Но было неясно, как они могли выборочно откалывать части своих зубов, которые состоят из явно хрупких керамических компонентов, чтобы оставаться острыми.
В новом исследовании Эспиноса и его коллеги объединили сложные механические испытания и электронную микроскопию, чтобы снять 3D-видео, показывающее, как изнашиваются зубы ежа. Их исследования показывают, что зубы состоят из керамических композитов, расположенных точно таким же образом. На выпуклой стороне зуба волокна кальцита обеспечивают структурную целостность. Этот волокнистый композит переходит в другой композит, состоящий из наклонных кальцитовых пластин на выпуклой стороне зуба. По мере изнашивания зуба эти кальцитовые пластины откалываются, чтобы сохранить остроту.
Хотя результаты дают интригующее представление о морских ежах, основной интерес Эспинозы заключается в понимании поведения природных и синтетических наноматериалов в разных масштабах. Он говорит, что новые результаты должны помочь в разработке микроструктуры и выборе компонентов материала для проектирования инструментов для различных операций резки, шлифования и растачивания.
«Я изучаю способы аддитивного производства материалов, которые могут продемонстрировать характеристики натуральных материалов», - говорит он, включая те, из которых состоят зубы розовых морских ежей.