丹麦技术大学 一项新的研究首次解释了动物和植物的刺、针和穗的设计背后的原理
这些原则可以直接用于新工具和医疗设备的开发
信用:卡雷哈特维格詹森 一项新的研究首次解释了动物和植物的刺、针和穗的设计背后的原理
这些原则可以直接用于新工具和医疗设备的开发
DTU物理所的卡雷·哈特维格·詹森和他的同事们有过反复的经历，他们用来从植物细胞中提取液体的小玻璃吸管在接触细胞壁时破裂
这惹恼了研究人员，并引起了他们对自然界中使用时不会断裂的类似尖头物体的兴趣
这包括植物上的刺，如仙人掌和荨麻，或者许多昆虫、藻类、刺猬和其他动物的刺和刺
在大自然中寻找灵感的想法对卡雷·哈特维格·詹森来说并不新鲜，他属于一个日益壮大的仿生研究者群体
他们专注于探索大自然的设计，为与工具和医疗设备等相关的技术创新寻找灵感
基于广泛的实验 为了获得更多关于这个主题的知识，詹森和他的同事们进行了模型实验，收集了200多个物种的数据，研究了动物和植物中各种尖头物体的设计
他们的研究领域很广，包括用于不同目的的植物或动物的尖端部分，例如粘附在表面、摄取营养或防御
此外，分析还包括动物和植物上的针或刺，这些针或刺由截然不同的材料和大小制成，从最小的病毒和海藻刺(只有50纳米)到世界上最长的动物尖头部分2
5米长的独角鲸牙
研究人员还包括人造尖头物体的设计，如钉子、注射器针头和长达6米的武器(古代矛和矛)
荨麻刺的电子显微镜图像
信用:卡特琳
哈尔·哈宁
詹森 设计确保强度和弹性 庞大的数据库使研究人员能够识别大自然的尖端工具是如何设计的，例如，既足够坚固以穿透人类或动物的滑雪板，又足够坚硬以确保尖端在接触皮肤时不会断裂
“我们的研究结果表明，针或刺的长度与其直径之间存在明显的相关性，无论是靠近针尖的位置，还是附着在植物或动物身上的位置
这样，无论是在荨麻上还是在蚊子身上，针尖的必要强度和弹性都能得到保证，”詹森说
“与此同时，很明显，自然界的尖端工具正处于物理可能性的边缘
同样清楚的是，无论我们是在观察病毒的纳米级尖刺还是剑鱼的1
5米钞票，”詹森说
这项新研究的发现最近发表在受人尊敬的科学杂志《自然物理学》上
这项研究还包括已经在很大程度上模仿自然形状的人造尖头物体
“这种关于如何计算尖头物体的最佳设计的新知识将来可以用于设计，例如
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，注射器针头优化药物配置
或者在设计钉子时，能够减少材料消耗而不损失必要的稳定性，”詹森说
研究人员自己也利用这些结果重新设计了他们的玻璃吸管，这样他们在从植物细胞中提取液体时就不会遇到破损
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