NIMS Research Center for Structural Materials och Okinawa Churashima Foundation Research Center fastställde gemensamt mikrostrukturen och den kemiska sammansättningen av de extremt hårda exoskeletonerna av kokosnötkrabba, som kan generera en starkare klämkraft än någon annan kräftdjur. De lyckades också skapa tredimensionella bilder av klornas komplexa exoskeletala vävnadsstrukturer.

Kokoskrabban-en eremitkrabba som har utvecklats för att överge skalbärande beteende-är en av de största marklevande kräftdjuren. Dess befolkning har allvarligt minskat globalt, och i Japan, de bor bara i områdena kring Okinawa Prefecture. Under dess utveckling, kokosnötskrabban utvecklade ett rustningsliknande exoskelet för att skydda sig från naturliga fiender och förlorade förmågan att passa in i tomma snäckskal. Även om vissa Okinawan -regioner traditionellt äter kokosnötkrabbor, de är kända för att ha mycket hårdare exoskeleton än andra ätbara kräftdjur, såsom opilio krabba (Chionoecetes opilio) och den röda kungskrabban (Paralithodes camtschaticus). Kokoskrabban presenterades som en farlig varelse i "72 Dangerous Animals:Asia, "en Netflix-distribuerad naturdokumentärserie. Krabban har en klämkraft som motsvarar eller överstiger 90 gånger sin kroppsvikt, ett av de högsta värdena som registrerats bland levande organismer. Dessutom, nypkraften hos en fullvuxen 4 kg kokosnötkrabba är cirka 360 kg, vilket motsvarar lejonets bitande kraft. Det var okänt, dock, hur exoskeleton av en kokosnötkrabba kan vara både lätt och kunna tåla så stark kraft utan att gå sönder.

För att hitta ett svar på denna fråga, detta forskargrupp undersökte de exoskeletala vävnaderna och mikrostrukturerna hos klorna på kokosnötkrabbor som väger cirka 1 kg, mätte sammansättningen och hårdheten hos exoskeletet på olika djup och skapade 3D -bilder av komplexet, mikroskopiska laminerade strukturer (dvs. vridna plywoodliknande strukturer) i exoskeleton. De viktigaste resultaten är följande:

• Klonets yttre yta är hård som stål.
• Den tunna, hård, förkalkat yttre lager består av staplar med cirka 100 mikroskopiska plattor med gradvis vridna horisontella orienteringar. Denna struktur gör det hårda yttre lagret motståndskraftigt mot kollaps även när några av plattorna är skadade.
• Exoskelettets porösa inre skikt är mjukare än det yttre skiktet och kan absorbera yttre kraft, skydda klon från skador.
• 3D-bilder av dessa strukturer på olika djup inom exoskeletet skapades för första gången med hjälp av toppmoderna mikroskop och tekniker avsedda för materialteknik.

En stor ansträngning har gjorts för att utveckla strukturella material som är både lätta och sega. Att förstå den exoskeletala strukturen hos kokosnötkrabba - som är lätta och kan motstå den starkaste klämkraften bland kräftdjur - kan ge användbar inblick i utvecklingen av dessa material. Sådana material kan eventuellt användas i fordon (t.ex. bil och flygplan) komponenter, minska koldioxidutsläppen. Dessutom, dessa material kan vara tillämpliga på utveckling av små medicintekniska produkter, som stark, pincett med liten diameter med mycket stark gripkraft.

Denna forskning publicerades i Material och design , en öppen åtkomstjournal, den 28 april, 2021.