世界上最快的“拳王”揭示了螳螂虾的“巨盾”

螳螂虾，世界上出拳最快的甲壳类动物，已经进化成可以在不伤害自己的情况下对狩猎造成致命的打击。科学家发现，螳螂虾的“拳击手”，或“指节棒”，具有多层结构，可以吸收自身行为的冲击波，在打碎软体动物或其他甲壳类动物的外壳时，为新型坚韧材料的设计提供灵感。2月6日，相关研究发表在科学上。

法国国家科学研究中心物理学家Maroun Abi Ghanem表示，这些发现可以启发设计具有实用性能的人工材料，它们可以用来制造外科植入物，在超声检查中收集组织能量，或者制造手机和其他电子产品的机械过滤器。

Abi Ghanem和他的同事分析了原产于印度洋和太平洋的孔雀螳螂虾的指节棒。他们发现指节棒的外骨骼含有一种叫做甲壳素的天然聚合物，以及一种类似于人类骨骼和牙齿的钙矿物质。它们有三个结构，包括“布利冈结构”。在这一层中，甲壳素纤维像铅笔一样排列，向不同的方向伸展，有的指向表面，有的与表面平行，有的在两者之间形成一定的角度。这些纤维的排列方向不是随机的，而是每500μm上下重复一次周期性变化。

2015年，研究人员提出了甲壳素纤维等不寻常结构的观点，特别是周期性地赋予了指节棒吸震特性。他们认为，这种外部骨骼可以起到过滤器的作用，捕捉最危险、最高频率的冲击波，并将其能量集中在只有纳秒长的爆发中。Abi Ghanem说：「若能量在短时间内集中能量，则具有更大的破坏性。为了防止螳螂虾本身受到伤害，这种机械能量应以某种方式吸收。」

最新研究的作者使用了一种叫做泵浦探针激光超声波的技术，证明了这些研究者的观点是正确的。他们用一束激光在指节棒外骨骼样本中产生高频波，然后用另一种激光测量这些波如何在中间层捕获。Abi Ghanem说：周期性非常重要，它来自于纤维的旋转，可以过滤兆赫的弹性波。

Nicola是意大利特伦托大学的材料科学家。 Pugno指出，这项研究证实了螳螂虾指节棒中的布利冈结构可以有选择地过滤有害冲击波，这些研究凸显了“利用自然设计应用技术的潜力”。