皮皮蝦的拳頭與航天器的不解之緣

說(shuō)起螳螂蝦，大家可能比較陌生，但說(shuō)到皮皮蝦，想必大家就比較熟悉了。螳螂蝦，俗稱“皮皮蝦”、正式名稱為“蝦蛄”，屬節(jié)肢動(dòng)物門，甲殼亞門，軟甲綱。

螳螂蝦可分為用矛刺結(jié)構(gòu)叉擊軟體獵物的“穿刺型”和用錘形鰲棒結(jié)構(gòu)砸碎硬殼獵物的“粉碎型”。

穿刺型螳螂蝦的外形酷似兩把長(zhǎng)矛，長(zhǎng)矛上有排列鋒利的棘刺，我們最常吃的皮皮蝦就屬于典型的穿刺型螳螂蝦；粉碎型螳螂蝦最典型的代表是雀尾螳螂蝦，它們的捕捉足踝部異常強(qiáng)大、堅(jiān)硬和發(fā)達(dá)，配合肢節(jié)上強(qiáng)健的肌肉，使得這類螳螂蝦的攻擊附肢極具破壞力。

螳螂蝦的“拳速”更是令人駭聞?？茖W(xué)家測(cè)試過(guò)它出拳的速度，可達(dá)到每小時(shí)80公里，加速度超過(guò)10000個(gè)g（重力加速度）。就這樣一只小小的蝦，居然有如此強(qiáng)悍的攻擊力，火箭發(fā)射時(shí)，加速度也不過(guò)10個(gè)g（重力加速度）。因此它的攝食速度，連水中運(yùn)動(dòng)敏捷的魚、蝦也無(wú)法躲避逃脫。

這么高的拳速所帶來(lái)的的沖擊力應(yīng)該很大，可是它們卻完好無(wú)損，這是為什么呢？為了解此疑惑，研究人員專門對(duì)粉碎型螳螂蝦獨(dú)特的鰲棒結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。

鰲棒，即“趾棒”，它屬于無(wú)機(jī)甲殼質(zhì)構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，且被外部堅(jiān)硬的外殼包裹著。趾棒內(nèi)部又分成兩個(gè)區(qū)域，第一個(gè)區(qū)域分布著螺旋狀纖維物質(zhì)，可以吸收沖擊能量；第二個(gè)區(qū)域被稱為“條紋區(qū)”。

經(jīng)過(guò)相關(guān)研究顯示，趾棒內(nèi)部的條紋區(qū)高度整齊地排列著纖維物質(zhì)，正是因?yàn)檫@些纖維物質(zhì)，趾棒在遭受沖擊時(shí)才不會(huì)裂開(kāi)。該區(qū)域就好像拳擊比賽時(shí)選手們用來(lái)裹拳頭的紗布，通過(guò)將鰲棒壓緊以防止發(fā)生致命的破裂。

研究還發(fā)現(xiàn)，粉碎型螳螂蝦的表親穿刺型螳螂蝦也有類似條紋區(qū)結(jié)構(gòu)。研究人員認(rèn)為，這是用來(lái)防止又長(zhǎng)又細(xì)的矛刺刺入獵物時(shí)發(fā)生變形。

通過(guò)仿生技術(shù)，螳螂蝦為航天器所需的超硬材料提供了新思路。美國(guó)空軍科研辦公室研究團(tuán)隊(duì)表示，希望通過(guò)仿生技術(shù)開(kāi)發(fā)下一代復(fù)合材料，包括航天器及運(yùn)動(dòng)頭盔等領(lǐng)域所需的超硬材料。近期，中科院材料力學(xué)行為與設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室駱天治教授團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)王正直副教授、張作啟教授合作，研究了具有防御功能的螳螂蝦尾刺(矛)和寄居蟹左螯(盾)。相信不久的將來(lái)，會(huì)有更多的仿生技術(shù)可以被利用在人類的生活中。