科學家發現昆蟲翅膀並不是我們想像中那樣脆弱

2020-11-26 搜狐網
昆蟲翅膀看似脆弱，其實比我們想像中堅韌許多。


　　【搜狐科學消息】據國外媒體報導，來自都柏林三一學院的研究人員發現，昆蟲的翅膀並非看起來那麼脆弱，他們通過對草蜢的翅膀進行研究，發現了一處像船隻防水隔間的「裂紋」，在該「裂紋」中發現了一種十分有特色及韌性的靜脈網絡。

　　據了解，該實驗是由來自機械和製造工程部門的簡-亨寧•德克斯（Jan-Henning Dirks）博士和大衛•泰勒（David Taylor）教授聯合進行的，德克斯博士表示，沙漠蝗蟲——草蜢可以說是昆蟲世界中最有耐力的「飛行員」了。雖然它們的翅膀要比人類的頭髮薄上數十倍，但可以連續數天不停歇的飛躍沙漠和海洋。

　　很難想像，草蜢連續數天在海洋和沙漠上空飛行，其翅膀要經受多少次強勁風力的「擊打」，但它的翅膀卻完全可以抵抗得住。這不禁讓研究人員對它的翅膀產生非常大的研究興趣。草蜢的翅膀與它身體部位一樣，都是由角質層構成的，而角質層算是世界上第二大普通天然物質。泰勒表示，他們最近研究發現，草蜢腿部的角質層是世界上最有韌性的天然物質了。而他們做此次研究的目的，也就是想知道是否草蜢的翅膀中也與其腿部一樣，含有這樣韌性極強的天然物質。

　　研究人員為了準確測量草蜢翅膀的韌性，他們在草蜢翅膀的薄膜上弄上一些小小的凹痕，從而來測量在遇到風力時，翅膀是如何「驅動」其上邊的「裂紋」而順利飛翔的。但第一次的實驗讓科學家感到有些意外，因為他們發現草蜢翅膀上的薄膜與其腿部相比，韌性並不是很強。他們過後在觀看實驗錄像時卻發現，草蜢翅膀上的「裂紋」一旦形成交叉脈絡時，它們就會有效地被停止擴張。一旦這些「裂紋」停頓下來就會形成很好的屏障，從而會將翅膀的韌性在原有基礎上提高50%。

　　因此，研究人員總結，草蜢翅膀上的靜脈網絡可以有效的防止其翅膀上的「裂紋」擴張。德克斯表示，草蜢翅膀上的靜脈相比薄膜更厚一些。因此，靜脈越少，翅膀的重量就越輕。無論如何，從實驗錄像中可見，翅膀上的靜脈越少，對翅膀裂紋的防護也就越低。正如船隻一樣，防水隔板越多，船隻越重。但如果隔板太少，只要有一個漏洞，整個船隻就會沉沒。

　　但薄膜和靜脈的比例究竟多少，才是最完美？研究人員為了尋找這個答案，測量了每隻草蜢翅膀上的1000個靜脈細胞的形狀和大小，並從細節上對草蜢翅膀的特徵樣式進行了研究。隨後，德克斯和泰勒通過斷裂力學，總結出了草蜢翅膀上薄膜和靜脈完美的匹配空間，即所謂的「臨界裂紋長度」。

　　可以說，草蜢翅膀上的交叉靜脈間隔近乎完美，正是因為它們，才使得草蜢翅膀上的裂紋每當達到「臨界裂紋長度」時，都能及時停止下來。這是大自然賦予草蜢最好的禮物，讓它們翅膀的靜脈和薄膜在最佳比例的基礎上，擁有最高的韌性和最輕的重量。研究人員表示，他們完全可以運用草蜢翅膀的構成原理，來製作輕而韌性強的人造「靜脈」機翼。（尚力）

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