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世界最快“拳王” 揭秘螳螂虾的“盾牌”
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世界最快“拳王” 揭秘螳螂虾的“盾牌” 世界上“出拳”速度最快的甲壳类动物——螳螂虾，已经进化出能在不伤害自身的情况下对猎物发出致命一击。科学家发现，螳螂虾的“拳击手”，或称“指节棒”，具有多层结构，能在击碎软体动物或其他甲壳类动物外壳时，吸收自身行为的冲击波，这些发现为设计新型坚韧材料提供灵感。2月6日，相关研究发表于《科学》。 螳螂虾可以击穿猎物外壳（图源：Getty） 研究合著者、法国国家科学研究中心物理学家Maroun Abi Ghanem表示，这些发现可以为设计具有实用性能的人工材料提供灵感，这些材料可用于制造外科植入物，在超声波检查中收集穿过组织的能量，或者制造手机和其他电子设备的机械过滤器。 Abi Ghanem和同事们分析了原产于印度洋和太平洋的孔雀螳螂虾的指节棒，发现指节棒的外骨骼含有一种名为甲壳素的天然聚合物，和一种类似人类骨骼和牙齿中的含钙矿物质，共有三层结构，中间包含“布利冈结构”，在这一层中，甲壳素纤维像一束束铅笔般排列，向不同方向伸展，有的指向外层，有的与外层平行，还有一些介于两者之间形成一定角度。这些纤维的排列方向并非随机，而是呈现每500微米左右重复一次的周期性变化。 2015年，研究人员提出一种看法，甲壳素纤维的这种不寻常结构——特别是周期性赋予了指节棒吸震特性。他们认为，这层外骨骼可能起到过滤器的作用，捕捉最危险的最高频率的冲击波，并将它们的能量集中在仅纳秒长的爆发中，Abi Ghanem说：“如果能量在短时间内集中能量，破坏性会更大。这种机械能量应该以某种方式被吸收，以免伤害到螳螂虾本身。” 最新研究的作者们利用一种名为泵浦探针激光超声波的技术，证明了这些研究者的看法是正确的，他们用一束激光在指节棒外骨骼样本中产生高频波，再用另一术激光测量这些波如何在中间层被捕获。Abi Ghanem说：“周期性非常重要，它来自于纤维的旋转，可以过滤兆赫的弹性波。” 意大利特伦托大学的材料科学家Nicola Pugno指出，这项研究证实了螳螂虾指节棒中的布利冈结构可以选择性过滤有害冲击波，这些研究凸显了“利用自然设计进行技术应用的潜力”。 相关论文信息：https://doi.org/10.1126/science.adq7100 |
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