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从濑尿虾附肢结构中汲取灵感:打造更轻薄的身体铠甲

2014-04-08 11:59 David Kisailus 加州大学河滨分校 阅读 0
核心摘要: 研究人员从濑尿虾的附肢结构中获得灵感,探索开发更轻薄的身体铠甲。濑尿虾的附肢能在极短时间内达到极高速度,其特殊的结构使其能够承受巨大的冲击力而不受损。研究发现其附肢由多个特化区域组成,包括含高密度矿物质的冲击区和具有螺旋结构的壳质纤维层,这些结构使其具有卓越的抗冲击性能。

濑尿虾是一种极为奇特的生物,其第二对附肢在捕食时能在水下实现惊人的加速度,达到100,000 m/s²。这意味着它能在千分之三秒内将速度从0提升至80 km/h。当其加速时,附肢产生的压力波足以瞬间将前方的水温升高,甚至产生轻微的闪电。因此,这种动物捕获后通常不存放在玻璃器皿中,以免将其击碎。

另一方面,目前尚不清楚濑尿虾的这对附肢如何能够承受如此巨大的冲击力而不受损伤。在其一生中,这种加速冲击的动作需重复超过5万次。因此,如何保持附肢结构的完整性成为一个亟待解决的问题。

来自加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的助理教授David Kisailus希望能够揭开这一谜团,并从中汲取灵感,开发出比现有铠甲更轻、更薄的新型身体铠甲。

Kisailus发现,濑尿虾的这对附肢结构极为复杂,由三个高度特化的区域协同工作,从而构建出比工程陶瓷更为坚固的结构。首先,其冲击区厚度约为1毫米,含有高密度的矿物质,这些矿物质与人体骨骼中的成分相似。其次,在矿物质层下方是高度组织化的壳质纤维,用于吸收震动。这些纤维以螺旋状结构排列,能够有效降低裂纹的扩散速度。此外,这种螺旋结构还能迫使裂纹不断改变方向,从而分散其能量并迅速阻止其扩散。

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