在动物王国里，没有什么比螳螂虾更有杀伤力的了。这种色彩斑斓的小甲壳类动物能以每秒23米的速度发出令人瞠目结舌的1500牛顿的冲击力，击碎猎物的外壳。
这些打击是如此强大，以至于科学家们想知道甲壳类动物本身是如何在反冲效应下保持完整的。
现在，他们发现了它的一个秘密。能够缓解螳螂虾痛苦的指状棒具有一个迷人的结构，可以过滤冲击，保护它们后面的动物。
美国西北大学的机械工程师Horacio Espinosa说：“螳螂虾以其令人难以置信的强大攻击而闻名，它可以击碎软体动物的壳，甚至打碎水族馆的玻璃。”
“然而，为了重复执行这些高冲击力的攻击，螳螂虾的指状棒必须有一个强大的保护机制来防止自我伤害。大多数先前的工作都集中在指状棒的韧性和抗裂性上，将结构视为增韧的防撞罩。
“我们发现它使用了声子机制 —— 一种有选择地过滤应力波的结构。这使得虾在多次撞击中保持其打击能力，防止软组织损伤。”
对螳螂虾的击打进行了详细的研究。当它在水中高速移动时，它会产生所谓的空化泡。当水以高速被推到一边时，它的密度降低到低密度气泡中的水蒸发的程度。
但是这个被高密度水包围的气泡不会持续太久：它会在热、光和声音的爆发中立即内爆。
正是这个气泡破裂所释放的能量可以使贝壳（和水族箱）破裂。
“当螳螂虾撞击时，撞击会对目标产生压力波，”Espinosa说。“它还会产生气泡，这些气泡会迅速破裂，产生兆赫兹范围内的冲击波。这些气泡的破裂释放出强烈的能量，这些能量在虾的指状棒中传播。这种二次冲击波效应，加上最初的冲击力，使螳螂虾的打击更具破坏性。”
然而，螳螂虾却毫发无损，这种巨大的冲击应该向四面八方产生。
为了弄清楚原因，西北大学的工程师尼古拉斯·奥尔德雷特领导的一个团队详细研究了孔雀螳螂虾（Odontodactylus scylarus）的指状棒，看看它是否能提供任何线索。
他们使用了皮秒激光超声波和瞬态光栅光谱学等两种技术，来观察这种生物的盔甲是如何对传播的应力波做出反应的 —— 他们发现指状棒的独特结构可以抑制和过滤这些波，以保护螳螂虾。
我们已经知道指状棒的盔甲结构是分层的，有点像千层面。撞击表面是一层细小的羟基磷灰石，这是一种主要由钙和磷组成的矿物质，就像牙齿的涂层一样。直接下方的撞击区域由一层甲壳素纤维组成，以人字图案排列，优化结构完整性。
在它的正下方是一层几丁质纤维束，排列成螺旋状结构，每一束都比相邻的纤维束旋转得稍微多一点。这一层形成了所谓的布利甘结构，以增加抗断裂能力而闻名。
研究人员发现，这一层还可以作为声子带隙屏蔽层 —— 一种通过控制声波与材料周期性结构的相互作用来过滤声波和应力波的材料。螳螂虾的指状棒中几丁质的布利甘结构正是这样做的。
Espinosa解释说：“周期性区域在选择性过滤高频剪切波方面起着至关重要的作用，而高频剪切波对生物组织尤其有害。”“这有效地保护了虾免受直接撞击和泡沫破裂造成的破坏性应力波的影响。”
该团队计划设计并进行水下实验，以观察这种神奇盔甲的功效和局限性 —— 也许会着眼于未来的生物灵感材料设计。
这项研究发表在《科学》杂志上。
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