Бронежилет из паутины

Офицеры американской армии и полицейские в защитных целях носят тяжелые несгибаемые бронежилеты, способные обеспечить достаточный уровень защиты. Однако шелк мадагаскарского паука в 10 раз крепче кевлара, материала, использующегося в большинстве бронежилетов.

Если бы можно было изобрести способ производства паучьего шелка в промышленном масштабе, тогда бы бронежилеты изготавливались из легковесного сверхпрочного материала, способного надежно защитить тело от пуль и шрапнели.

По прошествии нескольких десятилетий с того момента когда были проведены первые опыты в этой области, у ученых есть, наконец-то, реальная возможность найти способ изготовить защитный бронежилет из шелка паука.

Помимо того, что такая идея выглядит весьма инновационной, это еще и подразумевает, что солдаты и офицеры полиции будет экипированы ультралегкими гибкими и сверхпрочными бронежилетами, способными эффективно противостоять пулям, попадающим в корпус тела. Сейчас американские солдаты носят тяжелые громоздкие, стесняющие движения средства защиты. Обычно это крайне тяжелые жилеты с, как минимум, двумя керамическими пластинами, призванными защитить от осколков гранат и пуль верхнюю часть тела военнослужащего.

Принцип действия сплошной брони заключается в том, что сила противодействия ее поверхности равносильна силе удара пули. Однако чем большую защиту предоставляет броня, тем тяжелее и неудобнее будет жилет. Самый легкий бронежилет способен защитить лишь от снаряда мелкого калибра, сила удара которого сравнительно низка. Уровень защиты сплошной брони может быть увеличен посредством добавления дополнительных защитных пластин.

Несмотря на то, что личные средства защиты очень важны, тем не менее, в инструкциях для полицейских довольно часто появляются напоминания о том, что офицер без бронежилета в 14 раз чаще рискует погибнуть от выстрела. Полицейским приходится выбирать между маневренностью, свободой в движениях и возможностью быть сраженным пулей.

Солдаты, находясь в зонах военных действий, ежедневно ходят в бронежилетах, полицейские же в менее рисковых ситуациях часто предпочитают удобство и легковесность брони средней степени защищенности. Пуля, столкнувшись с поверхностью бронежилета, оставляет на теле так называемую запреградную травму, распределяя силу удара по все плоскости тела, вследствие чего она не фокусируется в одной точке. Мягкая тканевая бронезащита замедляет полет пули или шрапнели благодаря наличию нескольких слоев, либо переплетенных волокон, которые действуют, на манер рыболовецкой сети, паутины паука.

Легковесная гибкая броня с высоким уровнем защищенности, присущим бронежилетам солдат спецвойск, до недавнего времени была только мечтой.

Считается, что ткань кевлара для мягкой бронезащиты, выпускаемая компанией DuPont, в пять раз прочнее стали, такой материал широко используется полицейскими. Однако прочность шелка паука все-таки выше его искусственных аналогов, и на протяжении нескольких десятилетий ученые предпринимали попытки создать броню в стиле человека паука.

Виток за витком исследователи пытаются собрать паучью паутину, которая легче по весу и в то же время в три раза эластичнее кевлара, но и в пять раз прочнее промышленной стали. Несмотря на размер и вес, шелк паука обладает природными способностями противостоять мощной силе удара.

В прошлом году группа немецких ученых из Гейдельбергского института теоретических наук проводили исследования с целью определить составные части того механизма, благодаря которому паучий шелк становится столь крепким. Есть два ключевых этапа производства ткани из шелка паука: мягкий вязкий гель, вначале содержится в брюшной полости паука, затем он превращается в очень прочную нить, когда гель выходит из тела паука. Результаты исследования, опубликованные на страницах Biophysical Journal, указывают на то, что компоненты, которые придают шелку эластичность, также способствуют тому, что нить становится чрезвычайно крепкой. И хотя использование в своих целях свойств шелка паука на первый взгляд не представляется посильной задачей, тем не менее, заветная цель все еще весьма далека, и на пути к ней не обходится без серьезных затруднений.

Среди вызовов, стоящих перед учеными, называют необходимость определить геном идеального шелка паука, а также найти способ, который бы позволил синтезировать белковый элемент, производящий шелк, а также следует определить метод производства такого белкового элемента в необходимых количествах.

В течение довольно длительного времени предметом исследования был представитель наиболее опасных паукообразных – черна вдова, чья паутина является исходным материалом брони, прочность которой выше кевлара и стали.

Однако при разведении пауков исследователи столкнулись с одной проблемой: пауки не могли ужиться друг с другом и беспрерывно враждовали, не производя достаточного количества материала. В 2007 году ученые из Университета Калифорнии объявили о том, что они раскрыли тайну генома шелка черной вдовы и в дальнейшем намеревались ввести искусственно созданные гены в томатные растения, что, по их мнению, могло привести к тому, что томаты производили бы шелк пауков.

Растения томатов, зерновые, бактерии, дрожжи и даже козы – все эти средства, наряду с техническими средствами, в определенное время использовались в попытке трансформировать гель пауков в твердые нити.

Тутовые шелкопряды производят тонкий шелк, но у них имеется огромный природный потенциал произвести до одного километра шелка за несколько дней. В 1999 году таиландский Технологический Институт Раджамангала сообщил, что был создан бронежилет, в котором использовалась обычная паутина, для производства которой не требуется больших затрат. Во время испытаний 16 слоев шелка были способны остановить 9-миллиметровую пулю, и жилеты, изготовленные из такого материала, успешно обеспечивали защиту от выстрелов, произведенных из оружия калибра .22.

Авторами недавнего достижения в этой сфере являются представители Университета Вайоминга, результаты их исследования появились на страницах издания «Proceedings of the National Academy of Sciences». Согласно опубликованной информации, исследователям удалось преуспеть по части генетического модифицирования тутовых шелкопрядов, которое было предпринято с целью разработки микса шелка червя и паука, который был бы столь же крепок, что и шелк паука.

Есть мнение, что Святой Грааль бронежилета из паучьего шелка удастся найти тогда, когда будет раскрыта тайна генома мадагаскарского паука, чья паутина, как считается, в 10 раз крепче, чем кевлар, такое открытие позволило бы построить заводы по производству шелка. Шелк мадагаскарского паука считается самым прочным материалом, который существует на планете, он в 100 раз крепче любого другого шелка.

Этот паук был обнаружен на Мадагаскаре в прошлом году, диаметр окружности его паутина может достигать 25 метров, такой материал чрезвычайно эластичен и его способность противостоять силе удара пули в три раза превышает аналогичный показатель кевлара.

Парашюты, воздушные подушки, спортивная одежда, рыбацкие сети – список потенциально возможного применения шелка паука можно продолжить.

На данный момент проводятся исследования на предмет его использования в медицинских целях – в хирургических нитках для швов, прочных искусственных сухожилиях и связках, а также в качестве дополнительных соединений для восстановления нервных тканей, в которых используется упругость шелка.

Резюмирую все известные на данный момент сведения о шелке мадагаскарского паука, можно сказать о том, что применение такого материала в полицейских бронежилетах станет революцией в сфере экипировки представителей правоохранительных органов.