Мягкий коралл научил инженеров создавать материалы с регулируемой жёсткостью

Частицы имеют цилиндрическую форму, напоминая стержень с ответвлениями через равные промежутки. Автор: Линг Ли и Чэньхао Ху

Инженеры из Пенсильванского университета раскрыли механизм, позволяющий мягкому кораллу Leptogorgia chilensis мгновенно увеличивать жёсткость своего скелета при прикосновении. Это открытие может найти применение в медицине, робототехнике и производстве.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, группа под руководством Линга Ли описала, как скелет коралла, состоящий из миллионов минеральных частиц в гелеобразной матрице, уплотняется для защиты от опасности.

«Это похоже на пробку на дороге», — объясняет Ли. — «При стимуляции ткани коралла вытесняют воду, гель сжимается, и частицы сближаются до тех пор, пока не заклиниваются».

Склериты — минеральные частицы, позволяющие кораллу изменять жёсткость скелета. При сжатии частицы блокируются, и коралл твердеет. Автор: Линг Ли и Чэньхао Ху

Это явление, известное как «гранулярное заклинивание», ранее изучалось физиками на песке и кофейной гуще, но впервые наблюдалось в живом организме с твёрдыми частицами.

«Представьте, что можно регулировать жёсткость хирургического инструмента или роботизированной руки», — говорит Чэньхао Ху, аспирант лаборатории Ли. — «В скелете этого коралла природа создала невероятный материал, принципы которого мы можем адаптировать».

Минеральные частицы коралла имеют регулярную структуру, что может вдохновить инженеров. Автор: Линг Ли и Чэньхао Ху

Идеальная форма частиц

Частицы размером около десятой доли миллиметра имеют цилиндрическую форму с ответвлениями через равные промежутки. «Когда склериты сближаются, их ответвления блокируются, удерживая частицы на месте», — поясняет Ху.

Аспирант Чэньхао Ху демонстрирует 3D-модель склерита. Автор: Белла Червьо

Исследователи изучили свойства материала с помощью современных методов визуализации, компьютерного моделирования и механических испытаний образцов коралла.

Будущее биоинспирированных материалов

«Мы изучили только один вид коралла, — отмечает Ли. — Но существует множество других мягких кораллов с различными формами склеритов и потенциально разными свойствами».

«Во многих ситуациях нам хотелось бы selectively настраивать жёсткость материала, — говорит Ли. — В этом коралле природа дала нам blueprint, которому можно следовать».

Исследователь держит образец мягкого коралла, найденного на тихоокеанском побережье. Автор: Белла Червьо

Аспирант Чэньхао Ху и профессор Линг Ли сотрудничали несколько лет, чтобы раскрыть механизм уникальной способности коралла. Автор: Белла Червьо

Больше информации: Li, Ling, Mineralized sclerites in the gorgonian coral Leptogorgia chilensis as a natural jamming system, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2504541122