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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)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(jìn)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(xué)家發(fā)現(xiàn)，螳螂蝦的“拳擊手”，或稱“指節(jié)棒”，具有多層結(jié)構(gòu)，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(shè)計新型堅韌材料提供靈感。2月6日，相關(guān)研究發(fā)表于《科學(xué)》。 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(xué)研究中心物理學(xué)家Maroun Abi Ghanem表示，這些發(fā)現(xiàn)可以為設(shè)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(shè)備的機械過濾器。 Abi Ghanem和同事們分析了原產(chǎn)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(zhì)，共有三層結(jié)構(gòu)，中間包含“布利岡結(jié)構(gòu)”，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(fù)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(jié)構(gòu)——特別是周期性賦予了指節(jié)棒吸震特性。他們認(rèn)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(nèi)集中能量，破壞性會更大。這種機械能量應(yīng)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(shù)，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(chǎn)生高頻波，再用另一術(shù)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(zhuǎn)，可以過濾兆赫的彈性波。” 意大利特倫托大學(xué)的材料科學(xué)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(jié)構(gòu)可以選擇性過濾有害沖擊波，這些研究凸顯了“利用自然設(shè)計進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用的潛力”。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adq7100 |
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