Грибы существуют миллионы лет, и за это время эволюция отточила их способность выживать в самых разных условиях. Ученые из Университета Бингемтона (США) решили разобраться, как устроены клетки грибов, какие механические свойства им это придает и как эти знания помогут создавать более прочные материалы.

В исследовании, опубликованном в журнале Advanced Engineering Materials, команда из Бингемтона и Калифорнийского университета в Мерседе изучила гифы — микроскопические нити, образующие сетчатую структуру в грибах.

Гифы — тонкие нитевидные отростки, из которых состоит тело гриба (мицелий). Они ветвятся, переплетаются и образуют плотную сеть, напоминающую войлок. Именно гифы отвечают за прочность гриба: чем сложнее их структура, тем лучше он сопротивляется разрывам и давлению.

Ученые сравнили два вида:

• Шампиньон двуспоровый  (Agaricus bisporus) — у него один тип гифов, которые растут хаотично.
• Грифола курчавая  (Grifola frondosa) — у нее два типа гифов, и они выстраиваются в определенном направлении, тянутся к свету и влаге.

Сначала исследователи рассмотрели клеточную структуру грибов под электронным микроскопом, затем провели тесты на прочность.

Следующий шаг — создать компьютерную модель, которая позволит предсказывать механические свойства материала на основе его структуры, — объясняет Мохамед Халиль Эльхашими, аспирант кафедры машиностроения. — А потом мы сделаем обратное: зададим нужные свойства, а искусственный интеллект предложит структуру, которая их обеспечит.

Доцент Мир Джалиль Разави добавляет, что современные алгоритмы машинного обучения сильно упростили расчеты:

Раньше на моделирование тысяч гифов уходили годы, а теперь ИИ справляется за дни.

Сейчас команда проверяет предсказания модели: напечатают на 3D-принтере материалы с заданной структурой и протестируют их.

Если все сработает, открытие можно будет использовать в строительстве, авиации и других областях, где важна прочность.

Природа — неисчерпаемый источник идей, — говорит Разави. — Мы только в начале пути.

Если ученым удастся точно воспроизвести структуру грибных гифов в синтетических материалах, это может привести к прорыву в создании:

• Легких и прочных композитов для авиации и космонавтики — например, обшивки самолетов, устойчивой к вибрациям.
• Биоразлагаемых строительных материалов с регулируемой жесткостью, которые не трескаются при нагрузке.
• Искусственных тканей для медицины, имитирующих естественные структуры (связки, хрящи).

Главное преимущество — энергоэффективность: природные материалы часто превосходят искусственные, не требуя высоких затрат на производство.

Исследование пока ограничено лабораторными условиями. Грибные гифы эволюционировали в среде с постоянной влажностью и умеренными температурами, тогда как промышленные материалы должны выдерживать экстремальные нагрузки (например, перепады температур в космосе).

Не факт, что синтетические аналоги окажутся такими же устойчивыми.

Ранее ученые выяснили, как вырубка леса влияет на экосистему.