Unikt material kan utvinnas ur hummerstjärtar

Evolutionen har förfinat humrarnas konstruktion i över 100 miljoner år, och de sitter på hemligheter som skulle kunna bidra till nya material. MIT har intresserat sig för deras skal, eller närmare bestämt undersidan på djurets stjärt. Där sammanfogas skalsegmenten av ett töjbart, transparent membran som har en unik struktur.

Det består till 90 procent av vatten och resterande 10 procent utgörs primärt av kitin, ett fibröst material som bidrar till rörligheten i exoskeletten hos insekter och skaldjur.

Forskarnas undersökning visade att humrarnas membran är den mest stryktåliga hydrogel som naturen kan uppbåda – bland annat tuffare än kollagen, djurhud och naturgummi. Det närmast jämförbara materialet är industriell gummikomposit, som exempelvis används i bildäck, trädgårdsslangar och transportband.

Vanligtvis försvagas stryktåliga hydrogeler när de töjs, men tvärt om blir hummerns membran styvare och mer stryktåliga när djurets stjärt sträcktes ut. Även när forskarna skar igenom membranet till 50 procent med en skalpell kunde stjärten sträckas ut lika långt utan att gå sönder. Enligt forskarna skulle detta inte ha varit möjligt om man gjort samma sak med en industriell gummikomposit.

Skapar böjligt material

Styrkan beror på en mikrostruktur som liknar plywood. Trots att membranet bara är en kvarts millimeter tjockt rymmer det tiotusentals lager av kitinfiber. Men till skillnad från plywood ligger varje fiberlager i 36 grader mot lagret ovanför, vilket bidrar till superstyrkan. När forskarna skapade en liknande hydrogel i laboratoriet, men där fibrerna låg slumpmässigt, så gick materialet snabbt sönder när det sträcktes.

– Det är ett mysterium hur kitinfiber kan arrangeras i en så unik lagerarkitektur som i hummermembranet. Vi jobbar för att lära oss att förstå den här mekanismen, och vi tror att den kunskapen skulle kunna vara användbar för att utveckla nya sätt att hantera mikrostrukturer för konstgjorda materiel, säger Ming Guo vid MIT:s Department of Mechanical Engineering på hemsidan.

Tänkbara användningsområden skulle kunna vara skottsäkra skyddsdräkter med böjliga delar som skyddar knän och armbågar – samt soft robotics, robotar skapade av material som påminner om den biologiska världen. MIT publicerade sina upptäckter kring hummermembran i Acta Materialia, i samarbete med Harvard och Sichuan University i Kina.