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二号站登录测速研究人员发现鱼鳍的秘密,未来有望造出更灵活的机器人和飞机机翼

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仔细观察任何一个鱼缸,你会发现宠物金鱼和石首鱼有灵活的鳍。随着这些附属物的几下摆动,这些鱼可以转圈,潜入深海,甚至晃动到水面。

由科罗拉多大学博尔德分校领导的新研究揭示了使鱼鳍如此强大而灵活背后的工程秘密。该团队的见解有朝一日可能会导致机器人手术工具的新设计,甚至是飞机机翼,只要按下按钮就能改变二号站登陆测速链接形状。

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研究人员于8月11日在《科学机器人》杂志上发表了他们的成果。

该研究的资深作者Francois Barthelat指出,鱼鳍是了不起的,因为它们可以实现灵巧的壮举,尽管它们不包含一块肌肉。(鱼类通过抽动位于鳍基部的一组肌肉来移动这些结构)。)

“如果你看一下鱼鳍,你会发现它是由许多坚硬的’射线’组成的,这些射线中的每一条都可以单独操作,就像你的手指一样,但每个鳍中有20或30条射线。”保罗-M-雷迪机械工程系的教授巴特拉特说。

在他们的最新研究中,Barthelat和他的同事借鉴了一系列方法,包括计算机模拟和3D打印材料,深入研究这些敏捷结构的生物力学。他们报告说,鱼鳍的关键可能在于二号站登陆测速链接独特的设计。鱼鳍中的每条射线都是由多段坚硬的材料组成的,这些材料堆叠在更柔软的胶原蛋白之上,使它们在弹力和硬度之间达到完美的平衡。

他说:”你得到了这种双重能力,鱼鳍可以变形,但它们在推水时仍然相当坚硬。”

盔甲和飞机

Barthelat对研究水族馆并不陌生。他以前研究过鱼鳞如何帮助工程师为人类设计更好的身体装甲,以及贝壳如何激发更坚硬的眼镜。

鱼鳍可能也同样有用。巴特拉特解释说,当涉及到工程时,既坚硬又灵活的材料是一种热门商品。例如,飞机设计师长期以来一直对开发可以根据指令变形的机翼感兴趣,使飞机有更多的机动能力,同时仍然保持在空中。

飞机现在在某种程度上也这样做,当它们放下襟翼时,但那是以一种僵硬的方式。相比之下,由变形材料制成的机翼可以更彻底地、连续地改变二号站登陆测速链接形状,很像一只鸟。

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为了了解普通的金鱼每天是如何实现类似的壮举,请在显微镜下仔细观察这些结构。鳍中的每条射线都有一个分层结构,有点像面包店的蛋糕。鳍包括两层坚硬的矿化材料,被称为 “铁锈石”,围绕着一层海绵状的胶原蛋白。

但是这些密质层并不是固体。它们被分割成不同的部分,就像有人将蛋糕切成一口大小的碎片。而这些片段的功能我们目前2号站线路测速不清楚。

游泳、飞行和行走

这位工程师和他的团队决定使用计算机模拟来研究鳍的机械性能。他们发现,这些片段可以产生所有的差异。

研究人员解释说,假设鱼鳍完全由胶原蛋白构成。它们可以很容易地弯曲,但不会给鱼在水中带来多少牵引力,因为流体动力会使它们崩溃。相反,由固体、非分段的鱼鳍组成的鳐鱼会有相反的问题–它们会太僵硬。

所有的分段,本质上,沿着射线产生这些微小的铰链。当你试图压缩或拉动这些骨质层时,它们具有非常高的硬度。这对于鳐鱼抵御和产生推动水的流体动力至关重要。但是如果你试图弯曲单个骨质层,它们就非常顺从,而这部分对于鳐鱼从基础肌肉中轻松变形至关重要。

研究人员进一步测试了这一理论,他们使用3D打印机生产塑料制成的鱼鳍模型,有些内置了这些铰链,有些没有。这个想法被证实了。研究小组发现,分段式设计提供了更好的硬度和变形能力的组合。

Barthelat和他的同事们只是触及了鱼类世界中鳍的广泛多样性的表面。例如,飞鱼部署它们的鳍在水面上滑行,而弹涂鱼则像腿一样使用它们的鳍在陆地上行走。

Barthelat说:”我们喜欢接续生物学家和动物学家的工作,利用我们在材料力学方面的背景来进一步了解自然界的惊人特性。”

这项新研究的共同作者包括比利时卢万天主教大学的Floren Hannard、澳大利亚悉尼大学的Mohammad Mirkhalaf和麻省理工学院的Abtin Ameri。


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