基尔大学 灵感来自蜻蜓的翅膀，既稳定又有弹性
信用:斯坦尼斯拉夫斯基 大约80%的运动损伤是所谓的肌肉骨骼损伤，例如扭伤、拉伤或过度拉伸
这种损伤尤其可能发生在手腕负荷高的运动中，如手球、篮球或举重
传统的支撑要么不能提供足够的稳定性，要么过于限制关节的活动度
基尔大学(CAU)动物研究所的一个研究小组现已开发出一种灵活的关节夹板，它结合了最大的灵活性和最佳的稳定性
他们灵感的来源是蜻蜓超薄的翅膀，在飞行过程中必须承受相当大的外部载荷
他们的研究昨天发表在《应用物理学》杂志上
现在科学家们想把他们的设计付诸实践，专利已经申请了
灵感来自蜻蜓翅膀的独特特性 事实上，科学家们正在研究蜻蜓翅膀的迷人特性:为了承受不同的气流和与固体物体的碰撞，它们必须既稳定又有弹性
该研究的第一作者阿里·卡赫希说:“在工程学中，稳定性和机动性通常是两个相互排斥的特征，而在自然界中，它们是普遍存在的。”
这位工程师兼材料科学家即将完成他的博士学位
D
斯坦尼斯拉夫·戈尔博教授和
哈米德·拉贾比研究小组“功能形态学和生物力学
“他们一起研究了蜻蜓是如何将这两种特性结合起来的
“生物学的结果向我们展示了令人兴奋的技术解决方案:对于蜻蜓来说，关键是它们翅膀上类似关节的连接，”戈尔布解释道
它们与弹性蛋白弹性蛋白片交织在一起，最初允许很大的运动自由度
然而，如果超过一定的伸展角度，翅膀上坚硬的表皮尖刺通过互锁阻止进一步的运动
它们现在支撑着关节，并给机翼提供承受高负荷所需的稳定性
“当一个团队同事告诉我们他在运动中手腕疼痛时，我们意识到我们的翅膀启发的概念可以提供一个解决方案，”拉贾比报道
为了将这一原理从自然转移到一种支持性的、可移动的手腕夹板上，他们开发了一种由聚乳酸制成的铰链
由于其特殊的设计，这种由轻质柔韧塑料制成的结构仅重23克
这意味着它可以绑在标准的弹性织物上，并且不会限制手的自然运动
只有从70度的角度——也就是手腕在举重时弯曲的程度——一根长钉才能阻止运动，并在外部载荷下稳定关节，就像蜻蜓翅膀上的长钉一样
学分:基尔大学 在医学和机器人方面的应用也是可能的 在一个特殊的测试装置中，研究小组检查了他们的关节夹板是如何承受弯曲和外力的
“测试表明，我们的夹板的承重能力约为320牛顿，也就是说约为32公斤，是夹板自身重量的1300多倍
“如果这种结构由比聚乳酸更坚固的材料制成，它可以承受高达450公斤的载荷，这将远远高于世界举重纪录所承受的力量，”卡赫希说
在扫描电子显微镜下，使蜻蜓翅膀稳定和灵活的关节状连接变得可见
信用:Hamed Rajabi 关节夹板可以使用三维打印容易且经济地生产，并且可以针对手、肘或膝关节进行调整
这也允许受伤后的医疗应用，例如，当关节应该只弯曲和拉伸到有限的程度
这种设计的另一个优点是易于控制
拉贾比说:“不像非线性机械弹簧，压缩后会逐渐变硬，我们可以在移动模式和支撑模式之间切换，没有时间延迟。”
这也使得它成为机器人应用的合适候选
无论是运动时的支撑还是扭伤后的医疗:活动夹板可以制成不同的弯曲角度
信用:阿里·卡赫希 寻找工业合作伙伴 现在，科学家们正在寻找工业伙伴来进一步开发他们的关节夹板，并将其推向市场，例如作为纺织绷带的一个组成部分
他们的概念已经有了专利
“生物系统远比乍看之下人们通常认为的要复杂
因此，它们具有独特的性质，我们可以从中学习到其他领域的全新方法，”卡赫什总结了他在生物力学研究领域的兴趣
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