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作為地球上“出拳”最快的動(dòng)物，螳螂蝦可在每秒23米的“拳速”下對獵物發(fā)出致命一擊，自己卻毫發(fā)無損?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，螳螂蝦的“擊打肢”，或稱“指節(jié)棒”，具有多層結(jié)構(gòu)，能吸收擊碎軟體動(dòng)物或其他甲殼類動(dòng)物外殼時(shí)產(chǎn)生的沖擊波。2月6日，相關(guān)研究發(fā)表于《科學(xué)》。

論文合著者、法國國家科學(xué)研究中心的物理學(xué)家Maroun Abi Ghanem表示，這些發(fā)現(xiàn)可以為設(shè)計(jì)具有實(shí)用性能的人造材料帶來靈感。這些材料可用于制造外科植入物，后者可以在超聲波檢查中收集穿過組織的能量，或者用于制造手機(jī)和其他電子設(shè)備的機(jī)械過濾器。

Abi Ghanem和同事分析了產(chǎn)于印度洋和太平洋的孔雀螳螂蝦的指節(jié)棒，發(fā)現(xiàn)其外骨骼有3層結(jié)構(gòu)，并含有一種名為甲殼素的天然聚合物，以及一種類似人類骨骼和牙齒的含鈣礦物質(zhì)。其中間層包含布利岡結(jié)構(gòu)：在這一層中，甲殼素纖維呈鉛筆束般排列，向不同方向伸展，有的指向外層，有的與外層平行，還有一些在兩者之間形成一定角度。這些纖維的排列方向并非隨機(jī)的，而是呈現(xiàn)周期性變化，每500微米左右重復(fù)一次。

2015年，研究人員認(rèn)為，甲殼素纖維的這種不尋常結(jié)構(gòu)，特別是周期性變化，賦予了指節(jié)棒吸震的特性。他們認(rèn)為，這層外骨骼可能起到過濾器的作用，可以捕捉最危險(xiǎn)的高頻沖擊波，并將自己的能量集中在納秒級的爆發(fā)中。Abi Ghanem說：“如果能量在短時(shí)間內(nèi)集中，破壞性會更大。這種機(jī)械能會以某種方式被吸收，這樣就不會傷害到螳螂蝦自身?！?/p>

在最新研究中，作者利用一種名為泵浦探針激光超聲波的技術(shù)，證明了前者的看法是正確的。他們用一束激光在指節(jié)棒外骨骼樣本中產(chǎn)生高頻波，再用另一束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，它來自纖維的旋轉(zhuǎn)，用于過濾兆赫茲的彈性波?！?/p>

意大利特倫托大學(xué)的材料科學(xué)家Nicola Pugno指出，這項(xiàng)研究證實(shí)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，凸顯了將自然設(shè)計(jì)用于技術(shù)開發(fā)的潛力。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.adq7100