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Science:海马的方形尾巴

标签:海马 尾巴 方形
摘要 : 据一项新的工程学研究显示,海马尾巴有着方形的截面,这是因为这种形状会比圆形截面的尾巴更好地抗损坏及进行抓握。作者们说,从这项研究获取的见识可给机器人的新型盔甲及进展带来启发。

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据一项新的工程学研究显示,海马尾巴有着方形的截面,这是因为这种形状会比圆形截面的尾巴更好地抗损坏及进行抓握。作者们说,从这项研究获取的见识可给机器人的新型盔甲及进展带来启发。尽管大多数有尾巴的动物——包括某些猴子、蜥蜴和啮齿类动物——具有软性、圆柱形的尾巴——但海马的尾巴是由被骨板包围的方形棱柱组成的。为了更好地了解海马尾巴为什么会偏离常态以及其令人好奇的尾巴形状可能赋予什么样的力学优势,Michael Porter和同事创制了一个3D打印的尾巴模型以及一个假想的圆柱形版本的尾巴模型。研究人员对这两种模型进行了扭曲和弯折,并用槌敲击它们,结果发现方形尾巴模型能更好地抵抗扭转,并能更好地回复至其自然的排列。方形尾巴的抗扭曲性可对保护海马娇嫩的脊髓有所帮助。研究人员发现,在尾巴卷缠某物体时,方形尾巴的外表面还可增加接触面积,从而赋予其更好的抓握掌控。最后,方形尾巴也更具弹性,不会像其对应的圆形尾巴那样剧烈地变性。正如相关的电脑动画所示,这种弹性还会因为滑动关节而变得容易。科学家们多年来一直从自然界获取灵感来开发新的技术(如用于搜救的机器人),而这项新的研究会增进他们这样做的能力,尤其是像海马尾巴尽管坚硬但却柔顺(在金属机器人中难以有这种性能),尽管重量轻但却抗损坏(在基于硅胶的机器人中很难有这种性状)。这项研究还显示了工程设计如何能解答生物学问题。一篇《视角》文章提供了更多的见解。

原文链接:

Why the seahorse tail is square

原文摘要:

wheras the predominant shapes of most animal tails are cylindrical, seahorse tails are square prisms.Seahorses use their tails as flexible grasping appendages, in spite of a rigid bony armor that fully encasestheir bodies. We explore the mechanics of two three-dimensional–printed models that mimic either thenatural (square prism) or hypothetical (cylindrical) architecture of a seahorse tail to uncover whether or notthe square geometry provides any functional advantages. Our results show that the square prism is more resilient when crushed and provides a mechanism for preserving articulatory organization upon extensive bending and twisting, as compared with its cylindrical counterpart. Thus, the square architecture is better than the circular one in the context of two integrated functions: grasping ability and crushing resistance.

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