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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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世界最快“拳王” 揭秘螳螂蝦的“盾牌”
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世界最快“拳王” 揭秘螳螂蝦的“盾牌” 世界上“出拳”速度最快的甲殼類動物——螳螂蝦,已經(jīng)進化出能在不傷害自身的情況下對獵物發(fā)出致命一擊?茖W家發(fā)現(xiàn),螳螂蝦的“拳擊手”,或稱“指節(jié)棒”,具有多層結構,能在擊碎軟體動物或其他甲殼類動物外殼時,吸收自身行為的沖擊波,這些發(fā)現(xiàn)為設計新型堅韌材料提供靈感。2月6日,相關研究發(fā)表于《科學》。 螳螂蝦可以擊穿獵物外殼(圖源:Getty) 研究合著者、法國國家科學研究中心物理學家Maroun Abi Ghanem表示,這些發(fā)現(xiàn)可以為設計具有實用性能的人工材料提供靈感,這些材料可用于制造外科植入物,在超聲波檢查中收集穿過組織的能量,或者制造手機和其他電子設備的機械過濾器。 Abi Ghanem和同事們分析了原產于印度洋和太平洋的孔雀螳螂蝦的指節(jié)棒,發(fā)現(xiàn)指節(jié)棒的外骨骼含有一種名為甲殼素的天然聚合物,和一種類似人類骨骼和牙齒中的含鈣礦物質,共有三層結構,中間包含“布利岡結構”,在這一層中,甲殼素纖維像一束束鉛筆般排列,向不同方向伸展,有的指向外層,有的與外層平行,還有一些介于兩者之間形成一定角度。這些纖維的排列方向并非隨機,而是呈現(xiàn)每500微米左右重復一次的周期性變化。 2015年,研究人員提出一種看法,甲殼素纖維的這種不尋常結構——特別是周期性賦予了指節(jié)棒吸震特性。他們認為,這層外骨骼可能起到過濾器的作用,捕捉最危險的最高頻率的沖擊波,并將它們的能量集中在僅納秒長的爆發(fā)中,Abi Ghanem說:“如果能量在短時間內集中能量,破壞性會更大。這種機械能量應該以某種方式被吸收,以免傷害到螳螂蝦本身! 最新研究的作者們利用一種名為泵浦探針激光超聲波的技術,證明了這些研究者的看法是正確的,他們用一束激光在指節(jié)棒外骨骼樣本中產生高頻波,再用另一術激光測量這些波如何在中間層被捕獲。Abi Ghanem說:“周期性非常重要,它來自于纖維的旋轉,可以過濾兆赫的彈性波! 意大利特倫托大學的材料科學家Nicola Pugno指出,這項研究證實了螳螂蝦指節(jié)棒中的布利岡結構可以選擇性過濾有害沖擊波,這些研究凸顯了“利用自然設計進行技術應用的潛力”。 相關論文信息:https://doi.org/10.1126/science.adq7100 |

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