工程师在皮兰哈 - 防范盔甲中找到了新材料的灵感来源

这是一个值得深夜电影电影的一场比赛:让一所饿死的食人鱼和一个300磅磅的鱼一起,谁出来了?

工程师在皮兰哈 - 防范盔甲中找到了新材料的灵感来源
工程师在皮兰哈 - 防范盔甲中找到了新材料的灵感来源

令人惊讶的答案 - 鉴于皮兰哈的臭名昭着的断头台,是巴西的大量 阿拉帕大马 鱼。 秘密到 阿拉帕大马 在其复杂设计的尺度中,成功席位,可以为寻求开发灵活陶瓷的工程师提供“生物化”。

这项研究的灵感来自亚马逊盆地的探险,Marc Meyers,于多年前的UC San Diego Jacobs工程学院教授。机械和航空航天工程教授立即想到阿拉帕大马的盔甲保护鳞片。它怎样才能生活在食人鱼 - 侵染的湖泊中,没有其他动物可以生存?

Meyers和同事设置了一个实验室实验,坐着食人鱼 阿拉帕大马 通过使用类似于工业强度孔的机器。加里兰哈牙齿被连接到顶部“冲床”,被压入 阿拉帕大马 嵌入软橡胶表面(模仿鱼的柔软底部的肌肉)的鳞片在下降的“冲床”中。牙齿可以部分穿透尺度,但在它们可以穿刺肌肉,迈耶和同事们之前的裂缝在杂志中展示 先进的生物材料 .

阿拉帕大马 尺度将沉重的矿化外层与内部设计结合,这有助于衡量抗掠夺者的剃刀状咬合。材料的混合物类似于牙齿上牙齿的硬珐琅,他还教授纳米工程学院纳米工程“你经常在大自然中找到这个,在外面有一些艰难的东西,但它骑在柔软的东西,赋予它韧性。“

这是工程师希望为士兵的身体护甲等应用程序重现的组合,这需要既坚韧且灵活。其他应用程序可能包括燃料电池,绝缘和航空航天设计。

迈耶是生物体的专家,研究生物体的天然材料和生产它们的过程。他说,工程师正在追求生物体,因为“我们正在击中墙壁,以便用常规材料和合成讲话”。

“我们已经利用我们的聪明才智到最大值,但克服的一种方式是看大自然,”迈耶斯建议。 “本质所在的材料在出售的情况下不是很强,但是自然将它们以一种非常丰富的方式结合生产强大的部件和强大的设计。”

来自阿拉巴马队的尺度的课程

在...的情况下 阿拉帕大马 ,巧妙地设计的鳞片是通过力量的和平,让他们在该地区的旱季挤进亚马逊盆地湖泊时,他们将他们共存。

阿拉帕大马 实验,其中一些也发表在 生物医学材料力学行为杂志,建议生物启发工程师一些教训:

混合起来 :硬质和柔软材料的组合,研究人员注意,使秤几种方法可以排斥咬。迈耶斯说,鳞片像鱼子上的带状疱疹一样重叠,每一刻度都有一个“非常高的矿化层”。在下面,每种刻度由大量较软的胶原纤维组成,堆叠在交替方向上,如一堆胶合板。

外表面是内部层的两倍,给鱼一层密集的盔甲。同时,内层的结构将韧性赋予尺度。 “通过这种方式堆叠纤维层,”迈耶斯解释说:“它们有不同的方向,这使得所有方向相同的力量。”

纹理是关键: 生活在亚马逊的人有时会使用脊柱 阿拉帕大马 尺度(可以长度为4英寸)作为指甲文件。波纹表面保持鳞片的厚度矿化表面,而鱼在游泳时弯曲。迈耶斯说,当被迫沿着弯曲表面时应变恒定厚度的恒定厚度的陶瓷表面,但波纹允许秤“更容易弯曲”。

自由移动: 波纹,柔软但坚韧的内层和鳞片的水合都有助于它们弯曲的能力,同时保持强劲。它是一种工程解决方案,让鱼在铠装的同时持续手机,并且在突破之前也允许鳞片弯曲和变形。

下一步是什么?

从鲍鱼壳到Toucan的喙,Meyers说,自然世界是充满启发21的灵感 英石 世纪材料科学家。他的下一个项目之一将涉及鳄鱼队的鳞片,来自美国南部的巨大的鱼类,其鳞片被美国原住民被用作箭头提示。他最近收到了路易斯安那艺术家Dianne Ulery的一些样品,他从象牙色的箭头形状的鳞片上制作珠宝。

他的实验室的学生还在研究从San Diego国家历史博物馆的鲍鱼壳和龟背龟皮样品,其中包括其他物种。

在某些方面,生物体的领域是恢复到制造业的根源,迈耶斯建议,当早期人类从皮革,骨骼和木头制作时。 “我们生产具有更高性能的材料,但我们指出了合成材料的极限,”他指出。 “现在我们正在回顾那些天然材料并询问,”大自然如何将这些东西放在一起“?”

当他没有进行研究或教学时,迈耶也是一个成功的小说作者。到目前为止,他发表了两种小说,“Mayan Mars”和“Chechnya Jihad”。他目前正在寻找一个出版商,为他的第三次小说工作,它在亚马逊发生。他说,食人鱼以壮观的方式推出。

其他研究人员包括Y.S.林,C.T. Wei和P-Y Chen在Jacobs工程学院和E.A.圣地亚哥州立大学的Olevsky。国家科学基金会DMR生物材料计划提供资金。



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