The structural properties of mollusc shells as inspriation for bionic engineering

Abstract

Inżynieria bioniczna to stosunkowo młoda dziedzina nauki zajmująca się opracowaniem nowych rozwiązań w technice, inspirując się tymi, które obecne są już w przyrodzie ożywionej. Rozwiązania takie są wysoce wydajne i obiecujące ze względu na to, iż organizmy żywe, ewoluując od milionów lat pod presją czynników środowiskowych, wykształciły zoptymalizowane adaptacje mające zredukować tę presję. Przykładem takiej adaptacji są muszle mięczaków (Mollusca), które pojawiły się w zapisie kopalnym już w kambrze (ok. 500 milionów lat temu) i których podstawową funkcją od tego czasu jest ochrona ciała zwierzęcia przed drapieżnikami. Pomimo, że głównym składnikiem mineralnym muszli mięczaków jest stosunkowo kruchy węglan wapnia (pod postacią aragonitu i/lub kalcytu), charakteryzuje się ona niezwykłymi właściwościami mechanicznymi, polegającymi na dużej zdolności do rozpraszania energii działających sił zewnętrznych. Spowodowane jest to głównie jej zhierarchizowaną budową oraz dodatkiem substancji organicznej, które znacząco zwiększają jej wytrzymałość. Obecnie środowisko naukowe dąży do wytworzenia materiałów o podobnych atrybutach naśladując hierarchiczną budowę muszli oraz tworząc mineralno-organiczne materiały kompozytowe, dzięki czemu być może w przyszłości możliwa się stanie produkcja takich materiałów oraz ich powszechny użytek.Bionical creativity engineering is a relatively young branch of science concerned with development of new solutions in technique, inspired by those that are already present in nature. Such solutions are highly efficient and promising due to the fact that living organisms have been evolving for millions of years under the pressure of environmental factors and had developed a highly optimized adaptations designed to reduce this pressure. An example of such adaptation are mollusc shells (Mollusca), which first appeared in the Cambrian fossil records (ca. 500 million years ago), the primary function of which since that time is to protect the animal inside against predators. Despite the fact that the shell is made of relatively fragile components (calcium carbonate in aragonite and/or calcite form), it has remarkable mechanical properties. This is mainly due to its hierarchical structure and presence of inclusions of organic matter, which significantly increase its resistance to external forces. Currently, researchers are seeking a way to produce materials with similar attributes forging a hierarchical construction of the shell and creating mineral-organic composite materials, so that it may be possible to produce such materials in the future for a widespread use