Физики придумали, как можно сплести сверхпрочную броню из волос
Физики раскрыли секрет того, почему волосы человека и животных обладают столь высокой прочностью и крайне неохотно рвутся, что позволит создать волосоподобные материала и волокна, более прочные, чем кевлар и прочие виды брони, говорится в статье, опубликованной в журнале Materials Science and Engineering: C.
"Природа создала массу интересных материалов и структур, устроеных крайне остроумным образом. Мы очень заинтересованы в том, чтобы понять, как связаны между собой функция и структура этих биоматериалов, что поможет нам создать их синтетические аналоги, которые послужат человеку лучше, чем современные материалы", - заявил Марк Мейерс (Marc Meyers) из унисверситета Калифорнии в Сан-Диего (США).
В последние годы физики, химики и инженеры активно изучают устройство отдельных органов или всего тела у живых организмов и растений, пытаясь использовать "изобретения эволюции" для создания новых технологий и приборов.
Так, американские физики создали "идеальные" медицинские иглы и пластырь, опираясь на устройство игл дикобраза и сосков паразитических червей, а их канадские коллеги повысили прочность стекла в 200 раз, используя секреты устройства раковин моллюсков. Роботы, имитирующие манеру движения или "мышления" животных, уже достигли рекордных скоростей движения, координации и приобрели прочие удивительные для человека способностей.
Мейерс и его коллеги добавили в число таких животных и "изобретений" природы обычный человеческий волос, изучив его структуру и научившись воспроизводить его удивительные свойства.
Волосы, как рассказывают ученые, обладают такой же прочностью на грамм массы, что и проволока из стали или других прочных металлов, выдерживая давления до 270 мегапаскаль (2660 атмосфер). В отличие от металлов, волосы при этом еще можно растянуть в полтора раза, и они при этом не будут рваться и будут сохранять свои механические свойства.
Просканировав несколько волосяных нитей при помощи электронного микроскопа, ученые обнаружили, что они состоят из двух слоев белка кератина, уложенного двумя разными способами, и реагирующего на разные механические нагрузки. Внутренняя часть волоса состоит из слоев параллельных спиральных волокон, уложенных штабелями, а внешняя часть состоит из таких же волокон, соединенных друг с другом хаотичным способом.
Их комбинация, как рассказывает ученый, превращает волосы в некий аналог меда или другой вязкой и тягучей жидкости, которая становится более жесткой и прочной при попытках резко растянуть ее, и почти не сопротивляется медленному приложению силы.
Когда волосы растягиваются, спирали в "штабелях" постепенно выпрямляются и выстраиваются в новую структуру - листы из связанных друг с другом белковых молекул, в результате чего их прочность повышается и волосы при этом не рвутся при резком повышении нагрузки. Подобные перестройки, как показали опыты Мейерса и его команды, в некоторых случаях являются обратимыми, и волосы часто возвращаются в первозданную форму после снятия нагрузки.
Эти данные, как считают авторы статьи, помогут создать искусственные материалы, аналогичные по свойствам волосам. Они, по мнению Мейерса, послужат основой для сверхпрочных тканей, пригодных для изготовления бронежилетов, скальпелей и прочих медицинских инструментов и ряда других приборов, где требуется высокая прочность и низкий вес.
