พลังหมัดกั๊งตั๊กแตน 7 สี ต้นแบบวัสดุที่รอคอย

โดย...อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ สวทช.

ความฝันของมนุษย์ที่จะมียานพาหนะประหยัดพลังงาน เสื้อเกราะทรงประสิทธิภาพ หรืออุปกรณ์ป้องกันการบาดเจ็บของนักกีฬาที่ได้ผลชะงัดคงไม่ไกลเกินเอื้อมอีกแล้ว เมื่อทีมวิจัยนำโดย เดวิด ไคเซลัส (David Kisailus) วิศวกรเคมี แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ร่วมกับมหาวิทยาลัยเซาเทิร์น แคลิฟอร์เนีย และมหาวิทยาลัยเพอร์ดู สามารถพัฒนาวัสดุชนิดใหม่ที่มีน้ำหนักเบา แต่มีความแข็งแรงสูงได้ สำเร็จโดยการเลียนแบบธรรมชาติ

เมื่อเอ่ยถึง “peacock mantis shrimp” หลายคนคงสงสัยว่า มันคือสัตว์ชนิดไหนกันแน่ระหว่างนกยูง ตั๊กแตน หรือกุ้ง? แท้จริงแล้ว peacock mantis shrimp มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Odontodactylus scyllarus (O. scyllarus) เป็นสัตว์ขาปล้องจำพวกกั้งจัดอยู่ในไฟลัมอาร์โทรโพดา (Arthropoda) ชั้นครัสตาเซีย (Crustacea) และอันดับสโตมาโตโพดา (Stomatopoda) สารานุกรมเสรีวิกิพีเดียเรียกชื่อกั้งชนิดนี้เป็นภาษาไทยว่า “กั้งตั๊กแตน 7 สี”

กั้งตั๊กแตน 7 สี มักอาศัยในรูรูปตัวยูที่มันสร้างขึ้นตามแนวปะการังในทะเลเขตร้อน กั้งชนิดนี้มีลำตัวยาวประมาณ 46 นิ้ว มีสีสันสดใส และมีระบบการมองเห็นที่ยอดเยี่ยม น่าสนใจว่านักสะสมสัตว์น้ำบางคนเห็นว่ากั้งชนิดนี้เป็นสัตว์สวยงาม แต่บางคนก็มองว่ามันเป็นนักล่าที่น่าสะพรึงกลัวอย่างยิ่ง!

ทั้งนี้ เพราะกั้งตั๊กแตน 7 สีมีนิสัยก้าวร้าว ในขณะล่าเหยื่อมันจะใช้รยางค์ที่มีลักษณะเหมือนกำปั้นชกไปที่เปลือกแข็งของเหยื่อจนกว่าจะแตก จากนั้นจึงกินเนื้อนิ่มๆ ภายใน ว่ากันว่าหอยที่มีเปลือกเป็นเกราะป้องกันที่แข็งแรงหรือแม้กระทั่งกระจกที่ใช้ทำตู้เลี้ยงปลาก็ยังไม่อาจต้านทานหมัดอันทรงพลังของมันได้ เมื่อรู้เช่นนี้แล้ว มือใหม่ที่คิดจะเลี้ยงกั้งตั๊กแตน 7 สีไว้ดูเล่น เริ่มเปลี่ยนใจหรือยัง?

นักวิทยาศาสตร์พบว่า กั้งตั๊กแตน 7 สีมีหมัดที่หนักกว่าน้ำหนักของตัวเองมากกว่า 1,000 เท่า มีความเร็วหมัดราว 80 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (ซึ่งเร็วกว่ากระสุนขนาด .22 เสียอีก) และที่สำคัญสามารถชกเหยื่อได้มากถึง 5 หมื่นครั้ง โดยที่กำปั้นของมันไม่ได้รับความเสียหายใดๆ อีกด้วย นอกจากนี้การชกเป็นชุดอย่างรวดเร็วจะทำให้น้ำในบริเวณรอบๆ หมัดร้อนเหมือนน้ำต้ม เกิดฟองอากาศจำนวนมากไประเบิดบนตัวเหยื่อ เหยื่อจึงเหมือนโดนชกซ้ำอีกรอบ นี่เป็นความน่าทึ่งของธรรมชาติที่ชวนให้ค้นหาคำตอบเบื้องหลัง อย่างยิ่ง

ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้ทีมวิจัยของไคเซลัสสนใจ และพยายามไขความลับที่ซุกซ่อนอยู่ในกำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สี พวกเขาผ่ากำปั้นของมันเพื่อศึกษาโครงสร้างภายใน และพบว่ามีลักษณะเป็นชั้นๆ ที่ซับซ้อน บริเวณที่รับแรงกระแทกโดยตรงประกอบด้วยไฮดรอกซีอะปาไทต์แบบผลึกที่พบมากในกระดูกและฟันของมนุษย์ จึงทำให้ผิวชั้นนี้มีสมบัติทนทานต่อแรงกดอัดได้ดี ชั้นที่อยู่ด้านในมีลักษณะซ้ำๆ ของชั้นเส้นใยไคตินที่มีสมบัติด้านความแข็งตึง (ความสามารถในการรักษารูปร่าง) ต่ำและพบมากในโครงสร้าง ภายนอกของสัตว์จำพวกกุ้ง กั้ง และปู มีการจัดเรียงตัวในลักษณะวนเป็นเกลียวและเติมเต็มด้วยสารอนินทรีย์ชนิดอสัณฐานที่โครงสร้างของสสารไม่เป็นผลึกอยู่ระหว่างกลาง ทำหน้าที่เป็นตัวดูดซับแรงกระแทกที่เกิดจากการจู่โจม ส่วนชั้นที่มีลักษณะเป็นลายริ้วๆ (Striated Region) เป็นเส้นใยไคตินมีหน้าที่ห่อหุ้มกำปั้นทั้งหมดเพื่ออัดองค์ประกอบอนินทรีย์ต่างๆ ให้อยู่ภายในรยางค์ อีกทั้งยังช่วยป้องกันไม่ให้กำปั้นได้รับความเสียหายอีกด้วย

การผสมผสานอย่างลงตัวระหว่างองค์ประกอบในกำปั้นและโครงสร้างการจัดเรียงในแต่ละชั้นทำให้กำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สีมีสมบัติเหนียว ต้านทานแรงกระแทกได้ดี และมีน้ำหนักเบา ถือว่าเข้าตา กรรมการเลยทีเดียว

การค้นพบดังกล่าวทำให้ทีมวิจัยของไคเซลัสพัฒนาวัสดุคอมโพสิตให้มีโครงสร้างภายในคล้ายกำปั้นของกั้งตั๊กแตน 7 สี พวกเขาคาดหวังว่าจะนำวัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ไปทำเกราะกันกระสุนที่มีน้ำหนักและความหนาลดลงเหลือเพียง 1 ใน 3 จากของเดิม การยิงทดสอบเบื้องต้นพบว่า วัสดุที่พัฒนาขึ้นนี้ได้รับความเสียหายบ้างแต่ยังไม่ทะลุ ส่วนหัวกระสุนปืนมีลักษณะแบนหลังเกิดการกระแทก ผลการทดสอบทำให้ทีมวิจัยเชื่อว่าวัสดุนี้มีแนวโน้มที่จะกันกระสุนได้หากได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมต่อไป

วิวัฒนาการของธรรมชาติได้สร้างสรรค์สิ่งมหัศจรรย์มากมายทำให้มนุษย์มีแหล่งเรียนรู้ที่ไม่มีวันหมดสิ้น เพียงแต่เราจะเห็นคุณค่าและนำมาใช้ประโยชน์หรือไม่เท่านั้น การรู้จักสังเกตและการศึกษาอย่างเป็นระบบจะช่วยพัฒนาให้เกิดนวัตกรรม และเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่มนุษย์เรารอคอยมานานก็เป็นได้