Клешни креветок-богомолов вполне подойдут.

Углерод чрезвычайно распространен на поверхности Земли и, предположительно, на любой другой землеподобной планете, над которой может работать автор. Учитывая множество форм, которые углерод может принимать от сверхмягкого графита до сверхтвердого алмаза, он должен удовлетворить ваши потребности.

Характеристики хорошей брони

Элемент(ы), формирующие эту броню, важны, но конструкция/организация элементов гораздо важнее. Если броня слишком жесткая, она разобьется. Если недостаточно жестко, то пуля пройдет насквозь. (Пример поведения, которого мы не хотим, — паучий шелк. Правда, в таком масштабе он прочнее стали, но при этом очень эластичный. Остановить пулю с другой стороны цели не очень полезно.) Цель будет заключается в том, чтобы распределить кинетическую энергию пули на достаточно большой период времени, чтобы броня могла с ней справиться.

У креветок-богомолов невероятно прочная броня. Им приходится, так как они бьют сильнее, чем что-либо еще в животном мире. Обратите внимание на множество слоев волокон под небольшим углом друг к другу. В этой конфигурации проникновения, которые прорываются между двумя параллельными волокнами (это самая слабая конфигурация), упираются в следующий слой ниже, который больше ориентирован в продольном направлении (что намного сильнее). На каждом слое пуля вынуждена тратить много энергии, разрывая связи волокон вдоль их наиболее прочной оси.

Быстрая замена брони

Требование 4 самое интересное. Растущие пластины, такие как панцирь черепахи, безусловно, были бы эффективны с точки зрения брони, однако они не растут быстро. Человеческая кожа не предлагает никаких доспехов, но она растет очень быстро. Кожные раны могут зажить за месяц или меньше (в зависимости от различных факторов). Очевидно, нам нужно что-то, что будет быстро расти и в идеале всегда будет расти. Если броня повреждена, мы не хотим носить ее с собой дольше, чем необходимо. У многих животных в той или иной степени есть одноразовая «броня». У людей есть кожа. У дикобразов есть свои иглы (которые заменены). У змей, ящериц, крабов и омаров есть свои шкуры.

Давайте предположим, что это существо является плотоядным, поэтому оно может позволить себе более высокие метаболические затраты на замену всей своей брони примерно через месяц. Возможно, чтобы уменьшить эту метаболическую нагрузку, существо проглатывает старые чешуйки брони, которые затем разбиваются на основные компоненты для использования клетками, строящими броню.

В качестве альтернативы внешние слои могут просто отслаиваться после воздействия кислорода в течение некоторого периода времени. Это дает доспехам естественную скорость распада и не позволяет броне стать слишком толстой. Естественные различия в белках разрушения брони могут привести к тому, что одни существа будут иметь более толстую или более тонкую броню, чем другие. Эй круто! Мы только что изобрели способ получить тяжелые и легкие версии одного и того же существа, подходящие для разных задач на поле боя, без необходимости разведения разных версий. Победить!

Да, но насколько это хорошо?

Известно, что «кулаки» креветок-богомолов выдерживают 4 гигапаскаля . Это около 40 тысяч бар или 1/90 давления в ядре Земли . Данг.

Я беру натовский патрон 5,56x45 мм . Это очень распространено и хорошо понятно. С начальной скоростью 990 м/с. Кинетическая энергия это:

следовательно$F=\frac{mv^2}{2d}$.

куда$P$давление в паскалях,$m$масса пули в килограммах,$v$начальная скорость пули в метрах в секунду,$d$это расстояние, которое проходит пуля в метрах, и$r$это радиус пули. При этом получаем, что давление, оказываемое на броню, равно

Чем дальше пистолет, тем меньше оказываемое давление. С помощью простой алгебры мы можем обнаружить, что вам придется стрелять с расстояния чуть менее 2 см , чтобы достичь разрывного давления 4 ГПа.

Это только приближение, так как эти расчеты не включают угол удара, толщину брони, эффекты абляции, жидкие характеристики металлов при высоких скоростях и малых временных рамках, вольфрама при высоких скоростях, возможные пирофорные эффекты и так далее.

Включите его до 11

До сих пор мы говорили о доспехах обычных креветок-богомолов. Прохладный. Давайте увеличим его до 11, заменив любые углеродно-кальциевые материалы в их кулаках на углеродные нанотрубки. Учитывая, что теоретический максимум для углеродных нанотрубок составляет примерно 100 гПа (примерно в 25 раз больше нашего базового уровня), замена значительной части стандартной матрицы кулака должна дать впечатляющий прирост прочности. Я не инженер-материаловед, поэтому я не могу это доказать. Я играю только в одну по интернету.

Всем хороших новостей! У нас уже есть естественная броня, способная противостоять пулям .

Представляю вам скромного морского ушка .

После того, как миллионы птиц склевали эти штуки, пытаясь добраться до мягкой, липкой внутренней части, они развили лучшую оболочку, известную в настоящее время человеку. Эти снаряды буквально эволюционировали, чтобы выдерживать сосредоточенные быстрые силы.

Если раздавить и склеить 2-4 ракушки вместе, вы можете сделать маленькую 1-дюймовую суперракушку. Этот супер снаряд буквально выдерживает пули. Это достигается благодаря высокоупорядоченной оболочке. Если вы увеличите масштаб, это будет выглядеть как кучка маленьких кирпичей в кирпичной стене, тогда как другие оболочки выглядят как кучка маленьких палочек, случайно склеенных вместе.

Это до сих пор является предметом исследований многих ученых-материаловедов , но я знаю, что Центр высоковольтных/температурных материалов и конструкций NSF , в который входят представители Денверского университета, Университета Коннектикута и Университета Иллинойса в Урбана-Шампань, и Мичиганский технологический институт активно занимается этим. К сожалению, сейчас у меня нет точных данных, и я не думаю, что они их опубликовали, но неофициальные отчеты показывают, что эти многослойные оболочки действительно выдерживают пули из огнестрельного оружия малой и средней мощности и обещают даже выдерживает более мощное огнестрельное оружие.

Когда они ломаются, они трескаются, но для их восстановления можно использовать механизмы, подобные повторному росту костей. В качестве альтернативы у существа могут быть пластины, вдохновленные морским ушком, которые отрастают заново через определенное время.

Хотя в настоящее время они не производятся из воздуха, необходимые элементы биологически доступны. Эти маленькие моллюски могут стать ключом к лучшей пуленепробиваемости в самом ближайшем будущем.

Все ответы, которые я просмотрел, действительно хороши, но во всех них есть один фатальный недостаток. Когда я проходил базовую подготовку в армии в 1997 году, мы использовали M16A2. Стандартным снарядом для этого был бронебойный снаряд калибра 5,56 мм с зеленым наконечником.

В демонстрационных целях сержанты-инструкторы наполнили пустую стальную коробку из-под патронов водой и проделали в ней дыру насквозь, включая заднюю стенку.

https://en.wikipedia.org/wiki/5.56%C3%9745mm_NATO#United_States

Я предполагаю, что «винтовка стандартного выпуска США» означает вооруженные силы США.

С 1997 года все изменилось, но я предполагаю, что нынешние стандарты военного оружия сохраняют бронебойную способность. Я не говорю, что снаряды М16 или современные винтовочные патроны могут пробить танк, но могут пробить бронежилет.

https://en.wikipedia.org/wiki/M16_rifle#Terminal_ballistics

В этой ссылке приводится статистика множественных пробитий для M16, причем (я лично думаю) наиболее интересной статистикой является «31 слой кевлара». Здесь не указано, использовались ли в тесте бронебойные снаряды, но похоже, что да.

Каким бы хорошим ни был ответ @Green, я не думаю, что даже коготь креветки-богомола может выдержать бронебойные пули.

Однако углеродные нанотрубочки могут иметь шанс на успех. Я помню книгу под названием «Приговоренные к призме», в которой говорилось о самых разнообразных формах жизни на основе кремния. Быстрый Google говорит, что автором является Алан Дин Фостер. Один из моих любимых, и в нем рассказывается об организмах, способных выдержать побои, о лазерах и, кажется, даже о пулях с различными средствами защиты для каждого. Это отличное чтение, так что вам, вероятно, понравится «исследование» этой книги.

Удачи во всех ваших исследованиях, и я надеюсь, что вы найдете что-то стоящее!

Углеродные нанотрубки!
Если в атмосфере много CO2, скажем, из-за вулканов, загрязнения или чего-то еще, вы можете всосать его, разорвать углеродно-кислородную связь, сохранить углерод и выпустить O2. Затем вы берете эти атомы углерода и соединяете их в длинные цепи, формируете из этих нитей трубки, и вот у вас есть углеродная нанотрубка. Затем вы можете взять много этих трубочек и сплести их в нить. Возьмите много нитей и сплетите из них очень прочную ткань.
Хотя, наверное, это было бы не так быстро.

Для существа делать это с помощью биологических средств не так уж и безумно, так как многие бактерии используют химические процессы для разрыва молекулярных связей, и вместо того, чтобы сплетать волокна в ткань, они могут встраивать их в свою кожу, чтобы сделать ее более жесткой. Это будет постепенный процесс, который начинается с рождения, когда формируются клетки кожи, и чем старше они становились, тем толще и жестче становилась кожа.
Если кожа повреждена, новая ткань вырастет, чтобы залечить рану, которая будет иметь новые нити из углеродных нанотрубок, а рубцовая ткань будет более жесткой, чем исходная кожа.
Наши бронежилеты имеют усиливающие керамические пластины в ключевых местах для предотвращения ударов по мягким органам.
Это существо могло бы легко сделать то же самое с костями, такими как ребра, чтобы поглощать и экранировать кинетическую энергию. Они также будут самовосстанавливающимися, если пуля сможет их повредить.

Одна интересная часть этого заключается в том, что если существо получает свой углерод из CO2, которым оно дышит, оно потенциально может перерабатывать CO2 из своих собственных выдохов, а это означает, что оно потенциально может задерживать дыхание на очень долгое время.

Я не могу удовлетворить все требования ОП, но вот частичное решение. Натуральное волокно, которое можно использовать для создания пуленепробиваемой брони, — это ШЕЛК.

Шелк обладает очень высокой прочностью на растяжение и эластичен. Его естественным образом прядут шелкопряды. В реальном мире шелковые волокна, полученные от шелковичных червей, необходимо прясть в ткань, из которой затем изготавливают защитный пуленепробиваемый жилет. Так называемый Dragon Silk уже разрабатывается для пуленепробиваемых жилетов для вооруженных сил США.

Использование ткани на основе шелка для доспехов на самом деле старо . Однако с помощью современных технологий генной инженерии генетически модифицированные шелкопряды способны останавливать пули.

Есть два способа, как это будет работать в «естественной» обстановке:

1. Симбиоз : Существо находится в симбиотических отношениях с шелковичными червями, которые наматывают несколько слоев своего шелкового волокна вокруг существа. Это обеспечивает существо броней. Черви делают это постоянно, поэтому броня восстанавливается, даже если она частично повреждена.

2. Стволовые клетки : гены существа, сращенные с генами тутового шелкопряда, так что кожа существа создает это шелковое волокно. Со временем кожа существа покрывается несколькими слоями этого волокна, которое переплетается между собой и служит защитной броней.

Требования к атмосфере здесь неуместны. Но броня на основе шелка — это «реалистичная» технология, которая в настоящее время находится в стадии разработки и, следовательно, является правдоподобным вариантом.

Нужна ли вам броня, которая останавливает пулю, как стальная пластина, или броня, которая останавливает смерть, даже если есть какая-то травма, потому что в последнем случае вам просто нужна «кожа» из высокопрочной ткани, у которой достаточно прочности, чтобы поглотить удар.

Старые монгольские всадники использовали шелковые рубашки для защиты от стрел - они работали, даже если стрела попадала и вонзалась в них, она не пробивала шелк и стрела не наносила большого урона. Кевлар работает почти так же - ткань не прорезается, а пули наносят только синяки.

Таким образом, существо с жесткой, но относительно дряблой кожей с хорошим слоем жира под ней (кевларовый жилет, по-видимому, прогибается до 4 см) будет в определенной степени безопасным.

Альтернативой может быть существо с подкожным слоем жира из заварного крема ( или чего-то подобного неньютоновского ). Всегда остерегайтесь заварных монстров!

Все ответы на этот вопрос относятся к прямому перпендикулярному удару. Я ожидаю, что броня с липким покрытием, которая будет иметь геометрически наклонную поверхность, может оказать некоторое влияние на замедление винтовочного снаряда, достаточное для того, чтобы проникновение было небольшим. Попробуйте разработать полностью неупругое столкновение с углами, чтобы создать боковые силы и трение, чтобы уменьшить вектор проникновения. Атмосфере может потребоваться некоторое время, чтобы снова покрыть броню этой клейкой липкой массой или выровнять геометрические пластины.

Как насчет стали? Сталь - это железо и углерод, теоретически искусственная форма жизни в среде, богатой металлами, может иметь стальной рост вместо коры, этот материал растет изнутри, как кора дерева, будучи относительно инертным во внешних слоях. Жизнь на Земле уже может страдать от избытка железа, это вызвало заболевание, называемое гемохроматозом .где избыток железа из рациона питания минерализуется в крови, вызывая повреждение органов. Это существо делает то же самое, повторно минерализуя проглоченное железо, но только в своей коже и намеренно, это существо должно было бы улучшить механизмы поглощения железа и, возможно, также использовать скелетную химию на основе железа, а не кальция, чтобы упростить пути поглощения железа ( пищеварительная химия большинства позвоночных на Земле приспособлена для поглощения кальция, а не железа). Извините, я не знаю, насколько толсто его нужно было бы покрыть стальной корой, но это будет постоянно растущий и постепенно теряющий бронированный панцирь.

Я чувствую, что я что-то пропустил, поэтому дайте мне знать, если вам нужно что-то еще.

Опираясь на идею более раннего ответа, многослойная броня.

Слой 1: самый внешний; жесткий гибкий лист, возможно, из какой-то прочной кожи, который может слегка сгибаться. Защищает внутренние слои от поверхностных повреждений; дает некоторую свободу передвижения.

Слой 2: первый внутренний слой. Какое -то гелеобразное вещество . Замедляет пулю при прохождении и рассеивает энергию пули, попадающей в третью область.

Слой 3: пластины керамического композита (кость или хитин). Пластины вместо одной большой пластины, чтобы владелец мог двигаться. Пуля разбивает пластину, в которую попала, но энергия осколков и реакция на пулю будут поглощаться слоями 2 и 4.

Слой 4: более тонкая версия слоя 2. Предотвращает проникновение шрапнели через последний слой и ранение владельца.

Слой 5: Шелк или внутренняя броня лидера. Поглощает любой оставшийся импульс и действует как каркас, на котором строятся другие слои.

Проблема в том, что любая броня, достаточно толстая, чтобы выдержать автоматную винтовку, будет слишком тяжелой для ношения. Что делает этот метод, так это рассматривает летящую пулю как вершину волны и пытается преломить ее как можно больше. Отклонение вместо блокировки. Однако он, вероятно, не выдержит удара по центру массы.

графен

Ли и его коллеги разработали новый миниатюрный баллистический тест для проверки прочности графена. Они использовали лазерный импульс для перегрева золотых нитей до тех пор, пока они не испарились, действуя как порох, стреляя стеклянной пулей микрометрового размера в от 10 до 100 листов графена со скоростью 3 километра в секунду, что примерно в три раза превышает скорость пули, выпущенной из винтовки M16. .

Команда обнаружила, что графеновые листы рассеивают эту кинетическую энергию, вытягиваясь в конусообразную форму в точке попадания пули, а затем растрескиваясь радиально наружу. Трещины — одна из слабых сторон однослойного графена, говорит Ли, но тем не менее он работает в два раза лучше, чем кевлар, и выдерживает в 10 раз большую кинетическую энергию, чем сталь. Использование нескольких слоев графена или включение его в композитную структуру также может предотвратить распространение трещин.

Исследователи уже некоторое время изучают графен как броню, но работа Ли — первая статья, описывающая, как материал поглощает кинетическую энергию. Звуковые волны распространяются через графен в три раза быстрее, чем через сталь, а это означает, что материал, находящийся далеко за пределами точки удара, может быстро поглощать и рассеивать его энергию, эффективно замедляя снаряд и помогая предотвратить его проникновение. Более того, методы микропуль, разработанные Ли, можно использовать для изучения других высокоэффективных материалов в экстремальных условиях.

https://www.newscientist.com/article/dn26626-bulletproof-graphene-makes-ultra-strong-body-armour/

Более того, он также самовосстанавливается ! Просто добавьте свободные атомы углерода, и они встанут на место в сломанной решетке.

Все предыдущие ответы предполагают прямой путь материалов с высокой прочностью.

Я предлагаю альтернативное решение, основанное на инерции. У любого снаряда есть определенная масса, и он передает импульс от этой массы своей цели при ударе. Независимо от того, насколько быстро он летит, он может проникнуть только до того момента, пока не передаст достаточно своего импульса в пораженный материал и не остановится. А поскольку количество инерции, которое он теряет в единицу времени, пропорционально его скорости, приблизительная глубина проникновения одинакова для всех высокоскоростных ударов.

Поэтому я считаю, что идеей формы биологической бронежилеты для остановки пуль может быть жировые отложения или даже вода (в виде желе).

Похоже, что пули большинства американских винтовок имеют длину около 5 см. Если мы предположим, что они сделаны из твердой меди плотностью 9 г/см³, мы можем рассчитать приблизительную глубину залегания жира или воды (~1 г/см³), которая потребуется, чтобы уравнять их инерцию:

D = 5cm*((9g/cm³)/(1g/cm³))

= 5cm*9

= 45cm

Поскольку это теоретический идеальный случай, мы можем умножить его в два или три раза, чтобы получить более реалистичный запас. Это также дает цифры, которые согласуются с тем, что обнаружили Разрушители мифов, когда они стреляли в бассейн из различных типов оружия.

Метр жира и воды звучит как много, чтобы таскать с собой. Но если сравнить это с размером существ, таких как слоны и киты, и с тем, сколько жира у них уже есть только для теплоизоляции, это не так уж и много. Если броня сосредоточена в одной области, например, на верблюжьем горбе, они также могут использовать ее как щит, направляя ее в сторону опасности.

Важно отметить, что это решение также имеет широкий спектр преимуществ, которые являются уникальными для биологически синтезированной брони:

• Он удваивается как запас энергии. Поскольку вода необходима для жизни, а жир является очень компактным источником калорий, броня, сделанная из воды (желе) и жира, также служит цели, даже если она не подвергается атаке. Возможно, рассматриваемые организмы уже имели преувеличенные запасы жира и воды, подобные верблюжьим, потому что они живут в пустыне, и они просто эволюционировали, чтобы обнажать их как броню, когда на них нападают. Может быть, они падальщики, питающиеся объедками, оставшимися после войны; Они накапливают жир, чтобы использовать его в качестве защиты во время конфликтов, а в мирное время, когда у них меньше еды и не нужно бояться пуль, они постепенно переваривают накопленный жир и воду.

• Его можно вырастить почти мгновенно и бесплатно. Поскольку здесь не задействованы какие-либо специальные структуры — нанотрубки, стальные пластины, переплетенные шелковые нити или специальные оболочки, которые необходимо выращивать, — организму с таким панцирем не нужно тратить питательные вещества, калории и генетическую сложность на создание органа, единственная цель - быть уничтоженным.

• Возможно, он невосприимчив к повреждениям и может быть отремонтирован почти мгновенно бесплатно. Точно так же, поскольку не столько структура брони, сколько ее объем придают ей защитные свойства, она будет продолжать функционировать даже после того, как будет полностью расстреляна. Исцеление также легко из-за его простой структуры, и даже в случае, если он отделяется от тела организма, его можно просто съесть, и он переварится и восстановится в течение нескольких дней.

• Он не требует специальных питательных веществ или минералов. Поскольку вода и жир являются важными химическими веществами практически для всех известных форм жизни, любой организм уже способен находить, обрабатывать, синтезировать и выращивать их. Воду можно извлечь из атмосферного пара, а жир можно создать из СО2 (как в растениях, я думаю).

• Он может сочетаться с другими защитными стратегиями. Так как поражение снаряда происходит по всей толщине жировой и водной брони, то жировая и водяная броня могла предложить любой уровень защиты пропорционально своей толщине. Это открывает двери для некоторых уникальных наростов композитной брони . Например, более тонкий слой легко ремонтируемой жировой и водяной брони может замедлить снаряд ровно настолько, чтобы он был полностью остановлен простой костяной пластиной, или у вас могут быть твердые, но простые куски более плотного материала, встроенные в поверхность брони. слой жира и воды, чтобы разбить снаряд и позволить ему быстрее сбрасывать свой импульс на меньшей глубине (что-то вроде щита Уиппла ). Это позволяет оптимально сочетать простоту ремонта и минимальный объем., из жира и воды и пластинчатый доспех соответственно.

• Это имеет больше эволюционного смысла. Любая броня грубой прочности, которая может противостоять пулям, вероятно, будет чрезвычайно дорогостоящей в биологическом отношении для создания и обслуживания. Кроме того, тот факт, что броня по своей сути является жертвенным инструментом, означает, что даже неудачная атака, вероятно, выведет организм из строя на достаточно долгое время, чтобы он умер от голода, пытаясь восстановить свою броню. Увеличение защитных способностей может просто не стоить затрат на калории и генетику. В таких обстоятельствах Эволюция обычно отказывается от создания сверхмощных отдельных существ и вместо этого создает индивидуально более слабых существ, которые преодолевают угрозы выживанию, создавая тысячи детей.Для того, чтобы «естественная» пуленепробиваемая броня развивалась и сохранялась, она должна быть достаточно простой и достаточно недорогой с точки зрения калорийности, чтобы затраты на ее создание и ремонт не перевешивали преимущества для выживания. Я считаю, что объемные массы чрезвычайно простого биологического материала могут быть лучшим и наиболее вероятным способом добиться этого.

Броненосцы.

Есть по крайней мере один задокументированный случай, когда броненосец был устойчив к выстрелам из пистолета:

https://www.huffingtonpost.com/entry/texas-armadillo-shooting_us_59838ae2e4b08b75dcc5f622

(38 выстрелов по броненосцу, животное смогло уйти, стрелок был тяжело ранен рикошетом).

Любовь со многими слоями. Поскольку каждый слой будет уменьшать скорость пули. В животном мире есть примеры, когда животные выращивают слои твердого панциря или используют природные ресурсы, такие как песок и т. Д., Для создания доспехов, которые могут остановить даже пулю.