科学家称昆虫翅膀并非我们想象中那样脆弱(图)

2012年08月24日09:45 | 我来说两句(人参与) | 保存到博客
  据国外媒体报道,来自都柏林三一学院的研究人员发现,昆虫的翅膀并非看起来那么脆弱,他们通过对草蜢的翅膀进行研究,发现了一处像船只防水隔间的“裂纹”,在该“裂纹”中发现了一种十分有特色及韧性的静脉网络。
昆虫翅膀看似脆弱,其实比我们想象中坚韧许多。
昆虫翅膀看似脆弱,其实比我们想象中坚韧许多。

  据了解,该实验是由来自机械和制造工程部门的简-亨宁 德克斯(Jan-Henning Dirks)博士和大卫 泰勒(David Taylor)教授联合进行的,德克斯博士表示,沙漠蝗虫草蜢可以说是昆虫世界中最有耐力的“飞行员”了。虽然它们的翅膀要比人类的头发薄上数十倍,但可以连续数天不停歇的飞跃沙漠和海洋。

  很难想象,草蜢连续数天在海洋和沙漠上空飞行,其翅膀要经受多少次强劲风力的“击打”,但它的翅膀却完全可以抵抗得住。这不禁让研究人员对它的翅膀产生非常大的研究兴趣。草蜢的翅膀与它身体部位一样,都是由角质层构成的,而角质层算是世界上第二大普通天然物质。泰勒表示,他们最近研究发现,草蜢腿部的角质层是世界上最有韧性的天然物质了。而他们做此次研究的目的,也就是想知道是否草蜢的翅膀中也与其腿部一样,含有这样韧性极强的天然物质。

  研究人员为了准确测量草蜢翅膀的韧性,他们在草蜢翅膀的薄膜上弄上一些小小的凹痕,从而来测量在遇到风力时,翅膀是如何“驱动”其上边的“裂纹”而顺利飞翔的。但第一次的实验让科学家感到有些意外,因为他们发现草蜢翅膀上的薄膜与其腿部相比,韧性并不是很强。他们过后在观看实验录像时却发现,草蜢翅膀上的“裂纹”一旦形成交叉脉络时,它们就会有效地被停止扩张。一旦这些“裂纹”停顿下来就会形成很好的屏障,从而会将翅膀的韧性在原有基础上提高50%。

  因此,研究人员总结,草蜢翅膀上的静脉网络可以有效的防止其翅膀上的“裂纹”扩张。德克斯表示,草蜢翅膀上的静脉相比薄膜更厚一些。因此,静脉越少,翅膀的重量就越轻。无论如何,从实验录像中可见,翅膀上的静脉越少,对翅膀裂纹的防护也就越低。正如船只一样,防水隔板越多,船只越重。但如果隔板太少,只要有一个漏洞,整个船只就会沉没。

  但薄膜和静脉的比例究竟多少,才是最完美?研究人员为了寻找这个答案,测量了每只草蜢翅膀上的1000个静脉细胞的形状和大小,并从细节上对草蜢翅膀的特征样式进行了研究。随后,德克斯和泰勒通过断裂力学,总结出了草蜢翅膀上薄膜和静脉完美的匹配空间,即所谓的“临界裂纹长度”。

  可以说,草蜢翅膀上的交叉静脉间隔近乎完美,正是因为它们,才使得草蜢翅膀上的裂纹每当达到“临界裂纹长度”时,都能及时停止下来。这是大自然赋予草蜢最好的礼物,让它们翅膀的静脉和薄膜在最佳比例的基础上,拥有最高的韧性和最轻的重量。研究人员表示,他们完全可以运用草蜢翅膀的构成原理,来制作轻而韧性强的人造“静脉”机翼。(尚力)

  作者:尚力来源搜狐科学)