12.02.2025

Древние кости птерозавров могут вдохновить будущее аэрокосмической техники

Новое исследование показало, что микроархитектура ископаемых костей птерозавров может стать ключом к созданию более легких и прочных материалов для самолетов следующего поколения.

Ученые из Манчестерского университета использовали передовые методы рентгеновской визуализации для изучения окаменелых костей доисторической летающей рептилии в мельчайшем масштабе, обнаружив скрытые инженерные решения прямо на ладонях рук... или, если быть точным, на пальцах.

Они обнаружили, что кости птерозавров содержали сложную сеть крошечных каналов, что делало их одновременно легкими и невероятно прочными — детали их структуры, которые никогда ранее не наблюдались.

Исследователи утверждают, что эти древние адаптации могут стать началом революции в области «палеобиомиметики» — использования биологических конструкций доисторических существ для разработки новых материалов для XXI века .

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature's Scientific Reports.

Ведущий автор исследования Натан Пили, аспирант Манчестерского университета, сказал: «В течение столетий инженеры искали вдохновения в природе — например, как репейники растений привели к изобретению липучки. Но мы редко оглядываемся на вымершие виды, когда ищем вдохновение для новых инженерных разработок, — хотя должны.

«Мы очень рады обнаружить и картировать эти микроскопические взаимосвязанные структуры в костях птерозавров. Мы надеемся, что однажды сможем использовать их для снижения веса материалов, из которых изготавливаются самолеты, тем самым снижая расход топлива и потенциально делая самолеты более безопасными».

Птерозавры, близкие родственники динозавров, были первыми позвоночными, которые достигли способности к полету. В то время как ранние виды обычно имели размах крыльев около двух метров, более поздние птерозавры эволюционировали в огромные формы с размахом крыльев, достигающим более 10 метров. Размер означает, что им пришлось решить множество инженерных проблем, чтобы поднять свои огромные крылья в воздух, не в последнюю очередь поддерживая свою длинную мембрану крыла преимущественно одним пальцем.

Команда использовала современную рентгеновскую компьютерную томографию (РКТ) для сканирования ископаемых костей с разрешением, близким к субмикронному, разрешая сложные структуры, которые примерно в 20 раз меньше ширины человеческого волоса. 3D-картирование внутренних структур, пронизывающих кости крыльев птерозавров, никогда не удавалось достичь с таким разрешением (~0,002 мм).

Они обнаружили, что уникальная сеть крошечных каналов и пор в костях птерозавров, которая когда-то использовалась для передачи питательных веществ, роста и поддержания жизнедеятельности, также помогает защищать от микротрещин, отклоняя трещины и выполняя как биологические, так и механические функции.

Копируя эти естественные конструкции, инженеры смогли не только создавать легкие и прочные компоненты, но и использовать датчики и самовосстанавливающиеся материалы, открывая новые возможности для более сложных и эффективных конструкций самолетов.

Команда предполагает, что достижения в области 3D-печати по металлу могут воплотить эти идеи в реальность.

Натан Пилли сказал: «Это невероятная область исследований, особенно при работе в микроскопическом масштабе. Из всех видов, которые когда-либо жили, большинство вымерли, хотя многие вымерли из-за быстрых изменений окружающей среды, а не из-за «плохого дизайна». Эти открытия подталкивают нашу команду к созданию еще более высокоразрешающих сканов дополнительных вымерших видов. Кто знает, какие скрытые решения мы можем найти!»

Старший автор исследования профессор Фил Мэннинг, профессор естественной истории в Университете Манчестера и директор по науке в Музее естественной истории Абу-Даби, добавил: «Существует более четырех миллиардов лет экспериментального проектирования, которые были функцией дарвиновского естественного отбора. Эти естественные решения прекрасно отражены в тех же итеративных процессах, которые используются инженерами для усовершенствования материалов. Весьма вероятно, что среди миллиардов перестановок жизни на Земле уникальные инженерные решения развивались, но были потеряны в песках времени. Мы надеемся раскрыть потенциал древних природных решений для создания новых материалов, а также помочь построить более устойчивое будущее. Замечательно, что жизнь в юрском периоде может сделать полеты в 21 веке более эффективными и безопасными».

Поскольку аэрокосмическая промышленность постоянно стремится к более прочным, легким и эффективным материалам, древние летуны природы могут стать ключом к будущему полетов. Оглядываясь на сотни миллионов лет назад, ученые и инженеры, возможно, прокладывают путь для следующего поколения авиационных технологий.

Источник Манчестерский университет