„Mořská brambora“ inspirací pro supermateriály
Odolný a přitom velmi lehký materiál odkoukali vědci od ježovky srdčité, které se někdy přezdívá „mořská brambora“.
Ježovka srdčitá (Echinocardium cordatum) svým zbarvením i tvarem skutečně tak trochu připomíná bramborovou hlízu. Je žlutohnědě zbarvená, dorůstá průměru kolem pěti centimetrů, ochranné ostny má přisedlé k tělu a na písčitém mořském dně se zahrabává až do hloubky třiceti centimetrů. S okolím ji spojuje úzký tunel, kterým k ní proudí čerstvá voda bohatá na kyslík.
Vysoce odolná kostra
Uvnitř těla ježovky srdčité se ukrývá kostra z vápenatých destiček. Pokud ježovka uhyne, měkké části jejího těla se rozloží a zbude jen vápenatá vnitřní kostra. Právě takových „koster“ po ježovkách srdčitých si během procházky po chorvatské pláži povšiml Dirk Müter z kodaňské university. Zaujalo jej, že jako papír tenké vápenité destičky nenesly prakticky žádné poškození. Vysoká odolnost kostry ježovky srdčité je zřejmě evoluční adaptací na tlak sloupce vody vysokého více než deset metrů a navíc i tlaku vrstvy písku, v němž je živočich zahrabaný. Müter si kostry ježovek nasbíral a po návratu z dovolené je začal zkoumat v laboratoři. Využil k tomu metodu označovanou jako rentgenová mikrotomografie. Jde o zmenšenou verzi tomografů, jaké známe z lékařských vyšetření. Přístroj dovoluje nahlédnout do nitra materiálu bez toho, že by bylo nutné vzorky řezat nebo lámat, aby se odhalila jejich vnitřní struktura. Získaný obraz zachycuje strukturu ve třech dimenzích a dovoluje rozlišit detaily menší než tisícina milimetru.
Hmota tvořená převážně ze vzduchu, přesto šestkrát pevnější než křída
Nitro vápenatých destiček z kostry ježovky nabídlo vědcům pohled na systém dutinek a hustou síť tenkých „nosníků“ z uhličitanu vápenatého. To vysvětluje, proč je kostra ježovek tak lehoučká. Její hmota je až ze 70 % vyplněná vzduchem. Porézností tento materiál předčí i křídu, která je tvořená rovněž uhličitanem vápenatým. Záhadou zůstávala vysoká pevnost, protože uhličitan vápenatý sám o sobě pevností nijak zvlášť nevyniká. Kostra ježovky je ale šestkrát pevnější než křída.
Ve studii publikované ve vědeckém časopise Acta Biomaterialia prokázal Müter se svým týmem, že ježovka dosahuje pevnost kostry vysokou hustotou extrémně tenkých „nosníků“, kterých je v jediném kubickém milimetru kolem 100 000, a především jejich perfektním rozložením. Prostorové uspořádání „nosníků“ se téměř dokonale kryje s teoretickým rozložením, při kterém je dosaženo nejvyšší pevnosti. Kostra čelí v různých místech různě velkému namáhání a vnitřní struktura destičky je tomu přizpůsobena. K překvapení vědců se však nemění tloušťka jednotlivých „nosníků“ ale počet nosníků na jednotku objemu, tedy jejich hustota.
Müter a jeho kolegové nyní chtějí připravit nové materiály se strukturou imitující kostru ježovky srdčité a testovat jejich odolnost při různých typech zátěží.