Shrimp's weapon could inspire better armor

The unique structure of a club-like arm of a crustacean could inspire changes in military body armor and vehicle and aircraft frames, U.S. scientists say.

The bright orange fist-like club of the mantis shrimp, a 4-inch-long crustacean found in tropical waters, accelerates underwater faster than a .22-caliber bullet and can smash through mollusk shells and crab exoskeletons, researchers at the University of California, Riverside, said.

Engineering Professor David Kisailus set out to find what enabled the club to withstand 50,000 high-velocity strikes on prey during its lifespan.

The shrimp's club is a highly complex structure, he found, composed of three specialized regions that work together to create a structure tougher than many engineered ceramics.

The surface of the club is similar to human bone and supports the impact when the mantis shrimp strikes prey.

Under the surface, highly organized and rotated layers of chitin fibers dispersed in mineral act as a shock absorber, absorbing energy as stress waves pass through the club.

Finally, oriented chitin fibers wrap around the sides of the club, keeping it intact during high-velocity impacts.

"This club is stiff, yet it's light-weight and tough, making it incredibly impact tolerant and interestingly, shock-resistant," Kisailus said in a UC Riverside release Thursday. "That's the holy grail for materials engineers."

Potential applications in structural materials are widespread because the final product could be lighter weight and more impact-resistant than existing products, he said.

The mantis shrimp's impact so powerful, Kisailus said, that he needs to keep his test subject in a special aquarium in his lab so it doesn't break the glass. (UPI)

<관련 한글 기사>

최첨단 갑옷의 비밀…새우껍질에 있다!

사마귀 새우(mantis shrimp) 앞발의 구조를 분석하면 보다 강력한 방탄복 제작의 길이 열릴 수 있다는 연구결과가 나왔다.

갯가재라고도 알려져 있는 이 특이한 갑각류는 길이가 10cm가 조금 넘는데, 크고 강력한 집게발을 가지고 먹이를 잡는다.

캘리포니아 대학 리버사이드 캠퍼스의 연구진은 외부 충격을 흡수하고 몸체가 손상되지 않도록 다중구조로 이루어진 이 갑각류의 집게발을 연구하면 새로운 방탄복 개발의 길이 열릴 것이라 보고 있다.

먼저 사마귀 새우 집게발의 표면은 인간의 뼈와 비슷하며 새우가 먹이를 후려칠 때 최초의 충돌을 지지한다. 그리고 표면 밑에 있는 두터운 키틴 섬유조직 층은 집게발을 통해 전해지는 충격을 흡수한다. 마지막으로 집게발의 표면을 감싸고 있는 키틴 섬유는 집게발이 손상되지 않도록 보호해준다.

연구를 주도한 데이빗 키세일러스 교수는 “이 집게발은 뻣뻣함에도 매우 가볍고 질겨서, 놀랍도록 충격에 강하다”며 이러한 자질은 자재 연구자들에겐 ‘성배(holy grail)’나 다름없다고 설명했다.

키세일러스 교수에 따르면 이러한 형태의 구조재 (structural materials)를 활용한 연구가 널리 퍼져있는 이유는 현존하는 방탄복보다 훨씬 가볍고 충격에 강한 방탄복을 만들 수 있기 때문이라고 한다.