美國芝加哥大學的工程師們發現硬鱗魚獨特的甲殼不僅增強了六角形魚鱗的強度而且改善了魚鱗之間的聯系。

    他們7月27日在Acta Materialia雜志上描述了他們的發現以及盒子魚（角箱鲀）的甲殼。工程師們也描述了盒子魚的結構是如何對防彈衣、機器人和彈性電子產品提供靈感的。
 

盒子魚
 

    “盒子魚雖小，然而在50~100米深的海水中卻可以與很多巨大且好斗的魚類共存。”

    “當我觸摸了它之后，我才意識到它可以存活的原因——它很強壯且行動靈活。” 楊文（音譯）說，他是來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院的該論文的第一作者。

    盒子魚不僅具有堅硬的魚鱗而且十分靈活，有關盒子魚的研究激起了科學家研究一種新型盔甲材料的靈感。六角形的鱗片被稱為鱗甲。這些鱗甲由縫合線連接，類似于嬰兒頭骨的連接，伴隨著嬰兒的成長而生長并融合在一起。
 

盒子魚的鱗甲結構
 

    材料與科學工程的博士生Steven Naleway（該論文的另一作者）表示，“大多數魚的鱗片都會重疊。然而，在捕食者攻擊它們時只有咬中兩鱗片之間才可置其于死地，這意味著它們沒有薄弱點。”

    “我們目前研究的是這些鱗甲及縫合線所提供的力學優勢。據了解，擁有這種鱗甲的盒子魚已經生存了約3500萬年了，這證明該結構在自然界中十分成功。”

    每個六邊形的結構或鱗甲都有一個凸起，星形結構的應力分布在整個表面中心。該小組發現在這些鱗甲的內層形成一個復雜的結構，并且膠原纖維交錯。

    這種結構在鱗甲中形成了非常靈活的內層，并且由于大量交錯的膠原纖維使得很難刺穿。同時，盒子魚具有的內外雙層的鱗甲使其在自然界中得到獨一無二的天然保護。

    該小組還測試了鱗甲可承受的使其分離的橫向和縱向張力，以及抵御穿透能力。

    “我們能夠證明，即使一個食肉動物在外層造成一個裂縫，膠原纖維還可幫助防止結構的失效。”楊女士說道。她目前主要研究仿生材料的特征。

    Naleway先生補充道：“于此同時，鱗甲之間的連接線，使其更堅固。在沖擊時，縫合線的鋸齒狀基本能夠鎖定和保持鱗甲免于破裂。這些縫合線不同于其他在自然界中發現的類似物質。”

    他還說，“最常見的縫合結構模式，在本質上是那些有類似于三角形的形狀，其包括兩個重要組成部分：剛性縫合的牙齒和一個兼容的接口。”

    “據我們所知，盒子魚的縫合線在接口處也存在不兼容的情況。另外，它們的牙齒具有低得多的比例，這表示相對于其他例子而言，它們較短且較寬。”

    “我們從工程原理來理解生物設計，這是我們的獨到之處。” Joanna McKittrick教授說，他是材料科學領域的專家并且是該論文的資深作者之一。

    研究者用掃描電子顯微鏡（SEM）來表征鱗甲的表面結構。他們還采取了橫截面和微型計算機斷層掃描來表征密集地區。研究人員得知力學性能的測試結果后，想了解為什么盒子魚選擇這種非重疊鱗片的設計呢？

    “這些抗損傷結構在自然界中進化了百萬年，有關其研究是由美國空軍支持的，希望能夠引導的仿生設計相比于傳統的方式能提供更多的保護。” Marc Meyers說道，他是該論文的另一資深作者，是美國加州大學迭戈分校的材料科學教授。

責任編輯：李玲珊

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