在动物王国里,莫得什么比螳螂虾更有杀伤力的了。这种色调斑斓的小甲壳类动物能以每秒23米的速率发出令东说念主持屈词穷的1500牛顿的冲击力,击碎猎物的外壳。
这些打击是如斯刚劲,以至于科学家们念念知说念甲壳类动物自身是如安在反冲效应下保抓齐备的。
当今,他们发现了它的一个辽远。粗略缓解螳螂虾孤寂的指状棒具有一个迷东说念主的结构,不错过滤冲击,保护它们后头的动物。
好意思国西北大学的机械工程师Horacio Espinosa说:“螳螂虾以其令东说念主难以置信的刚劲弊端而有名,它不错击碎软体动物的壳,以致打碎水族馆的玻璃。”
“但是,为了类似扩充这些高冲击力的弊端,螳螂虾的指状棒必须有一个刚劲的保护机制来留心自我伤害。大无数先前的责任皆联络在指状棒的韧性和抗裂性上,将结构视为增韧的防撞罩。
“咱们发现它使用了声子机制 —— 一种有礼聘地过滤应力波的结构。这使得虾在屡次撞击中保抓其打击技艺,留心软组织毁伤。”
对螳螂虾的击打进行了详备的商讨。当它在水中高速出动时,它会产生所谓的空化泡。当水以高速被推到一边时,它的密度裁汰到低密度气泡中的水挥发的经由。
但是这个被高密度水包围的气泡不会抓续太久:它会在热、光和声息的爆发中立即内爆。
恰是这个气泡龙套所开释的能量不错使贝壳(和水族箱)龙套。
“当螳螂虾撞击时,撞击会对贪图产生压力波,”Espinosa说。“它还会产不满泡,这些气泡会飞速龙套,产生兆赫兹界限内的冲击波。这些气泡的龙套开释出激烈的能量,这些能量在虾的指状棒中传播。这种二次冲击波效应,ag百家乐正规的网站加上伊始的冲击力,使螳螂虾的打击更具阻碍性。”
但是,螳螂虾却毫发无损,这种弘远的冲击应该向四面八方产生。
为了弄显着原因,西北大学的工程师尼古拉斯·奥尔德雷专带领的一个团队详备商讨了孔雀螳螂虾(Odontodactylus scylarus)的指状棒,望望它是否能提供任何陈迹。
他们使用了皮秒激光超声波和瞬态光栅光谱学等两种技巧,来不雅察这种生物的盔甲是何如对传播的应力波作念出响应的 —— 他们发现指状棒的私有结构不错阻难和过滤这些波,以保护螳螂虾。
咱们仍是知说念指状棒的盔甲结构是分层的,有点像千层面。撞击名义是一层轻微的羟基磷灰石,这是一种主要由钙和磷构成的矿物资,就像牙齿的涂层相同。平直下方的撞击区域由一层甲壳素纤维构成,以东说念主字图案摆设,优化结构齐备性。
在它的正下方是一层几丁质纤维束,摆设成螺旋状结构,每一束皆比相邻的纤维束旋转得稍很多极少。这一层形成了所谓的布利甘结构,以增多抗断裂技艺而有名。
商讨东说念主员发现,这一层还不错动作声子带隙屏蔽层 —— 一种通过截至声波与材料周期性结构的互相作用来过滤声波和应力波的材料。螳螂虾的指状棒中几丁质的布利甘结构恰是这么作念的。
Espinosa讲明说:“周期性区域在礼聘性过滤高频剪切波方面起着至关紧迫的作用,而高频剪切波对生物组织尤其无益。”“这有用地保护了虾免受平直撞击和泡沫龙套变成的阻碍性应力波的影响。”
该团队野心瞎想并进行水下推行,以不雅察这种神奇盔甲的功效和局限性 —— 也许会着眼于异日的生物灵感材料瞎想。
这项商讨发表在《科学》杂志上。
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