В Австралии создают гидрокостюм-бронежилет для защиты от акул

Австралия населена большим количеством опасных обитателей, которые могут вас покалечить или убить. И самым страшным для людей и опасным для пляжного отдыха существом считается акула.

Поэтому неудивительно, что именно в этой стране разрабатывают первый гидрокостюм, защищающий от акул. Правда, с существенной оговоркой - защищает он не от нападений акул, а от их последствий, являясь устойчивым к укусам опасных хищников.

Учёные из Австралии разработали новые материалы для гидрокостюмов, предназначенные для повышения шансов человека выжить при нападении акулы.

Планируется, что новые гидрокостюмы от акул будут обеспечивать лучшую защиту от зубов акул и уменьшать тяжесть ран при их нападении, что существенно повышает шансы человека выжить после укуса опасного хищника.

Результаты исследования были опубликованы в научном журнале PLOS ONE 18 ноября 2019 года.

Авторами изобретения стали учёные из Университета Флиндерса в Австралии. В исследовании они рассказали о разработке двух новых видов тканей для гидрокостюмов на основе широко используемого неопрена, содержащих полиэтиленовые волокна сверхвысокой молекулярной массы.

Они устойчивы к истиранию, имеют прочность в 10 раз выше, чем у стали, и в 1,5 раза выше, чем у кевлара, не боятся ультрафиолетового излучения и обладают низкой плотностью.

Сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно (СВМПЭ) сочетает в себе лёгкость и высокую стойкость к порезам, истиранию и проколам. Ткани с СВМПЭ используются в производстве различных видов защитной одежды - бронежилетов, перчаток, защитных костюмов, шлемов, а также в альпинистском снаряжении.

Новый гидрокостюм от акул получил название "Shark-Proof".

Смотреть видео - презентация экспериментального гидрокостюма, защищающего от укусов акул:

Руководителем исследования стал профессор Чарли Хьювенерс из экологической организации Флиндерса Southern Shark Ecology Group.

Разработка началась после получения правительственного гранта в размере 90 тысяч долларов, - рассказывает Чарли.

Используемый для новых гидрокостюмов от акул материал аналогичен кевлару – это термостойкое высокопрочное волокно, используемое для производства бронежилетов. Оно устойчиво к ударам острых предметов, осколкам от взрывов и выстрелам.

Большинство смертельных случаев отдыхающих от укусов акул связано с кровопотерей или шоком от кровопотери.

Если мы сможем её уменьшить за счёт минимизации травм, то повысим выживаемость среди укушенных акулами.

Например, у большой белой акулы в первом, рабочем, зубном ряде находится более 50 острых как бритва пилообразных зубов. С их помощью акула без труда перекусывает кости и отрывает от жертвы большие куски плоти, что может привести к быстрой смерти жертвы нападения хищника.

И новый гидрокостюм от акул может существенно уменьшить травматизацию человека, подвергшегося укусу акулы - костюм снизит уровень проникновения зубов в тело и у вас меньше шансов истечь кровью.

Смотреть видео - смертоносные челюсти белой акулы:

Подсчитано, что сила укуса большой белой акулы составляет около 1800 кг/см2. Для сравнения, сила сжатия челюстей при жевании у людей может достичь 80 кг/см2; сила сжатия челюстей африканского льва составляет 560 кг/см2; у крокодила - 900 кг/см2.

Сила укуса большой белой акулы была раскрыта на телевизионном шоу National Geographic WILD Cannibal Sharks. Во время его съёмок были запечатлены редкие кадры битвы двух больших белых акул, во время которой исследователи выяснили, что белая акула в приступе ярости может легко разорвать на части своего более крупного оппонента.

Команда разработала два типа защитных тканей, с добавлением в стандартный неопрен полиэтиленовых волокон сверхвысокой молекулярной массы, которые часто называют "самым сильным волокном мира". Новые сверхпрочные ткани против акул получили названия SharkStop и ActionTX.

Позднее из указанных волокон были созданы 10 различных вариантов материала, которые тестировались не только в лаборатории, но и в природных условиях - в море с участием 4-метровых белых акул.

В ходе экспериментов выяснилось, что эти материалы могут значительно снизить вероятность смерти человека от укуса акулы.

Первый этап эксперимента с материалами для гидрокостюма от акул

Во ходе первого этапа учёные исследовали материалы в лабораторных условиях, сравнивая физико-технические показатели образцов неопрена, покрытых различными типами ткани.

Во время тестов экспериментальные ткани различной толщины подвергались проверке на прокол и разрыв.

Предыдущие варианты материалов для гидрокостюмов, которые защищали бы дайверов от укусов акул, были громоздкими и недостаточно стойкими к нападениям хищников, - поясняют специалисты.

Поэтому мы создали свои варианты такого материала, который учитывает недостатки своих аналогов и превосходит их.

В результате появились новые сверхпрочные ткани от укусов акул SharkStop и ActionTX. Мы проверили их в лаборатории, разрезая, раздирая и прокалывая эти ткани. Далее мы сравнили устойчивость новой ткани к укусам акул против стандартного неопрена без защитных слоев.

В лабораторных тестах мы определили, что для их прокалывания требовалось больше усилий по сравнению с контрольными тканями из обычного ноепрена, а надрезы были меньше.

В целом результаты положительные, но для более надёжных рекомендаций требуются дополнительные испытания в составе готового гидрокостюма.

Сравнив прочность изделий, исследователи пришли к выводу, что встраиваемые в традиционные гидрокостюмы сверхвысокомолекулярные полиэтиленовые волокна позволяют обеспечить довольно высокий уровень защиты от травм при укусах акул.

Второй этап эксперимента с тканями для гидрокостюма от акул

Вторым этапом стала апробация материалов среди акул в их естественной среде обитания в заливе Спенсер на юге Австралии.

Во время "полевых" испытаний участие принимали взрослые белые акулы (Carcharodon carcharias), которые чаще остальных видов акул нападают на человека и ответственны за наибольшее количество смертельных исходов.

Учёные обтягивали новыми тканями против акул плоский каркас из деревянных пластин, заполненный пеноматериалом, внутрь которого были помещены датчики.

К каркасу прикреплялись кусочки тунца, и далее он бросался в море, где плавали белые акулы. Далее учёные наблюдали, как акулы кусают образец, а после снимали показания и фиксировали повреждения.

Датчики нагрузки измеряли силу укуса хищниц. Эксперимент проводился в Морском парке Нептуновых островов, и в нём приняли участие белые акулы с размерами от 3 до 4 метров.

Нам нужно было получить определённое количество укусов на тканях, чтобы собрать как можно больше данных, - поясняет Чарли.

Только в этом случае мы могли определить зависимости повреждений от разных параметров испытаний, чтобы потом перенести эти значения с белых акул на другие виды хищниц.

Наши результаты показали, что обе протестированные ткани обеспечивают повышенную защиту от укуса акулы - для прокалывания новых тканей требовалось больше усилий по сравнению с контрольными материалами. А порезы, сделанные на новой разработке, были существенно меньше, чем на стандартной экипировке.

Мы понимаем, что новые гидрокостюмы от акул не смогут решить проблему нападений. Кроме того, костюм не способен предотвратить все травмы и переломы в случае нападения акулы на человека.

Но даже простое уменьшение размеров ран способно минимизировать кровопотерю, и, наряду со срочными экстренными мерами это снизит смертность среди пловцов, сёрферов и дайверов.

Такие ткани мешают зубам проникать внутрь, благодаря чему в будущем гидрокостюмы от акул смогут спасать жизни от смертельно опасных укусов этих хищников.

При этом они обладают всеми качествами, функционально необходимыми для гидрокостюмов - они лёгкие и эластичные, хорошо удерживают тепло тела. Это позволит производить из них обычные мокрые гидрокостюмы для дайвинга и других видов водного спорта и рыбалки.

Все существующие сейчас варианты защитных костюмов от акул крайне громоздкие и тяжёлые.

Смотреть видео - тестирование материала для гидрокостюма от акул на белых акулах:

Укус акулы почти не страшен: школьник против акул

На создание костюма учёных вдохновил эксперимент 17-летнего подростка из Сиднея, который в феврале 2019 года разработал свою версию современного гидрокостюма против акул.

Молодой человек взялся за это дело в рамках учебной программы технологического класса в средней школе Мосмана.

Прототип представлял собой гибирид обычного костюма и кольчуги - телесная часть была выполнена из неопрена, а рукава для рук и ног изготовлены из арамидной ткани и металлической проволочной сетки, и покрыты спреем из резины в виде чёрно-белых полос для отпугивания акул.

Для испытаний на прочность я использовал острый нож и зазубренное пилообразное лезвие, чтобы имитировать укус зубами белой акулы, а затем движение пилы, когда акула резкими рывками "распиливает" плоть, быстро отрывая от неё большие куски мяса со связками и костями, - рассказывает молодой конструктор Том Денби.

Удары ножом были успешно блокированы - лезвие не пробилось сквозь гидрокостюм.

Пилообразное лезвие сделало несколько разрывов в первом слое арамидной ткани, но не прошло через сетчатую проволоку и второй слой арамида.

Дальнейшие испытания сводились к проверке удобства использования гидрокостюма от акул для человека. Костюм был сделан для моего размера - я пошёл с ним в бассейн и испытал его в воде. Я был доволен, как он себя проявил - гидрокостюм был лёгким и не стеснял движений, что является самым главным требованием к гидрокостюмам против акул.

Я часто сталкиваюсь с рифовыми акулами во время погружений. А вот с белыми акулами мне доводилось встречаться, в основном, во время занятий сёрфингом.

Так как основные травмы от укусов акул приходятся на руки и ноги сёрферов, то при разработке гидрокостюма от акул внимание уделялось именно этим участкам тела.

Для испытания нового костюма от акул требуются добровольцы!

Исследование новых материалов для гидрокостюма от акул было проведено вскоре после того, как в США была опубликована статистика прошлогодних нападений акул на людей.

Официальная статистика показала, что в 2018 году произошло около 140 зафиксированных случаев нападений акул и более 60 из этих нападений не было спровоцировано отдыхающими.

В Австралии более 40% нападений акул произошло на сёрферов.

В исследовании отмечается, что количество случаев укусов акул в некоторых регионах мира возросло за последние 30 лет практически вдвое.

Увеличение количества нападений можно объяснить ростом численности населения, увеличением активности людей на воде и видов водных развлечений, изменением климата и многими другими факторами.

Изменения температуры воды и среды обитания привели к миграции акул, толкая их осваивать территории, примыкающие к местам проживания людей. Учёные утверждают, что увеличение числа нападений акул на людей - это наша вина.

Несмотря на оптимистичные результаты первых испытаний, до серийного производства новых гидрокостюмов от акул ещё далеко.

Хоть эти ткани и могут уменьшить потерю крови после укуса акулы, нужны дальнейшие масштабные исследования для того, чтобы оценить повреждения организма человека, который использует такой гидрокостюм.

Когда акулы вступают в контакт с людьми и решают покусать их по какой-либо причине, существует возможность попытаться уменьшить травмы, полученные от укусов акул, - рассказывает Чарли.

Но ни один из этих методов не является 100-процентной защитой от опасных хищников. Однако в случае нападения акулы наличие более прочного гидрокостюма может снизить тяжесть травм.

Первоначально мы считали, что кевлар может быть подходящей тканью для включения в неопреновые гидрокостюмы, но он считался слишком тяжёлым в воде, что доставляло владельцу определённые неудобства. Поэтому мы решили разработать собственные материалы на основе сверхвысокомолекулярного полиэтиленового волокна.

Хотя это и многообещающая разработка, здесь необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, насколько хорошо материалы уменьшают физический ущерб настоящей человеческой плоти.

И поиск добровольцев, желающих быть укушенными ради науки, будет довольно сложной задачей.

Несмотря на то, что мы включили в экспериментальные образцы имитаторы плоти (пену и желатин), их повреждения и корреляция между этими повреждениями и травмами у настоящих людей неясны.

Кроме того, новые материалы для гидрокостюмов от акул могут быть не такими лёгкими и гибкими, как традиционные материалы, что может доставлять неудобства во время плавания или сёрфинга. Тем не менее, материалы могут оказаться чрезвычайно полезными, уменьшая тяжесть травм, нанесённых акулами во время нападения.

Когда отдыхающего или туриста кусает акула, особенно белая, это может иметь серьёзные физические, психические, социальные и экономические последствия.

Поэтому важно продолжать разрабатывать новые способы снижения рисков укуса акулы и обеспечивать эффективность таких инновационных разработок.

Аннотация к исследованию новых тканей для противоакульих гидрокостюмов

Увеличение числа случаев укусов акул, наряду с повышенным вниманием средств массовой информации к столкновениям с акулами привело к росту интереса по предотвращению травм от укусов акул с помощью личных мер по смягчению последствий.

Основной причиной летального исхода от укуса акулы является потеря крови; таким образом, сокращение кровопотери может обеспечить дополнительное время для оказания неотложной помощи жертве укуса акулы.

Несмотря на то, что предыдущие костюмы для защиты от акул были тяжёлыми и громоздкими, новые технологические достижения в лёгкой промышленности позволили разработать лёгкие альтернативы, которые могут быть включены в разработку традиционных гидрокостюмов.

Способность всех предыдущих тканей выдерживать укусы акул научно не проверялась.

В этом отчёте мы оценили два типа недавно разработанных защитных тканей, которые включают волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) в связке с неопреном (SharkStop и ActionTX) и сравнили их со стандартными альтернативами неопрена.

Мы протестировали 9 различных вариантов ткани с использованием трёх различных тестов: лабораторные пункционные (проколы) и разрывные тесты, а также полевые испытания с участием белых акул Carcharodon carcharias.

Полевые испытания состояли из измерения силы укуса белых акул и количественной оценки повреждений новых тканей после укуса акулы с общей длиной от 3 до 4 метров.

Мы обнаружили, что варианты тканей SharkStop и ActionTX более устойчивы к проколам, разрывам и укусам со стороны белых акул. Для прокалывания новых тканей требовалось больше усилий по сравнению с контрольными тканями (лабораторные испытания), а порезы, сделанные на новых тканях, были меньше и мельче, чем на стандартном неопрене для обоих типов испытаний, т. е. лабораторных и полевых.

Наши результаты показали, что сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое волокно повышает устойчивость неопрена к укусам акул.

Хотя использование СВМПЭ-волокна (например, SharkStop и ActionTX) может уменьшить кровопотерю, возникающую в результате укуса акулы, необходимы исследования для оценки того, распространяется ли уменьшение повреждений тканей на человеческие ткани и уменьшается ли травматичность тела во время нападения акулы.