眾所周知，蜘蛛絲是個(gè)好寶貝，具有超高比強(qiáng)度和韌性，已經(jīng)有很多實(shí)際的應(yīng)用（看過(guò)蜘蛛俠的都懂）。但其實(shí)蜘蛛網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也有十分優(yōu)異的性能，如減振性。近日，歐洲的一群科學(xué)家們研制出了一種仿生蛛網(wǎng)的聲波超材料，甚至能幫助建筑和橋梁抗地震！

    科學(xué)家嘗試了多種型號(hào)的蜘蛛網(wǎng)聲波超材料后，終于找到了一種能夠更高效地抑制低頻聲波、調(diào)諧不同頻率的聲波材料。

    眾所周知，蜘蛛絲不僅特別輕，而且比強(qiáng)度還非常高，在特定條件下甚至超過(guò)鋼的強(qiáng)度。因此，科學(xué)家們已經(jīng)根據(jù)蜘蛛絲的優(yōu)異性能研制出不同功能的仿生材料，如持久耐用的輕質(zhì)服裝、防彈背心、降落傘等等。但目前為止，蜘蛛網(wǎng)的聲波性能還沒(méi)有被完全開發(fā)出來(lái)。近日，意大利、法國(guó)和英國(guó)的科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)出了一種聲波超材料，具有一定周期性的結(jié)構(gòu)，其靈感來(lái)源于一種叫做金絲圓蛛或人面蜘蛛的復(fù)雜蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

    該研究的合作者之一，意大利都靈大學(xué)的物理學(xué)家Federico Bosia說(shuō)：“近年來(lái)，在超材料領(lǐng)域，人們一直在尋找對(duì)聲波衰減和調(diào)控最有效的結(jié)構(gòu)。我們發(fā)現(xiàn)，蜘蛛網(wǎng)是由具有不同彈性的放射絲和捕絲組成的結(jié)構(gòu)，盡管它非常的輕盈，但是卻能夠有效地消減吸收各種頻率的震動(dòng)。”

    嘗試了多種型號(hào)的蜘蛛網(wǎng)聲波超材料后，科學(xué)家終于找到了一種能夠更高效地抑制低頻聲波、調(diào)諧不同頻率的聲波材料。通過(guò)與蜘蛛絲的超高強(qiáng)度和各向異性相結(jié)合，這種蛛絲仿生超材料展示出可調(diào)節(jié)的聲學(xué)性能，有望在振動(dòng)領(lǐng)域發(fā)揮新的作用，比如在地震中加固橋梁和建筑、降噪、亞波圖像技術(shù)和聲音隱身斗篷等等。

    蛛絲在聲學(xué)性能上的優(yōu)勢(shì)，一定程度上是因?yàn)榫W(wǎng)中心的那些環(huán)，這些環(huán)能在特定頻率共振。基于這種天然結(jié)構(gòu)，科學(xué)家設(shè)計(jì)了一種聲波超材料，它由若干具有共振環(huán)的方形單元組成，并由韌帶結(jié)構(gòu)連接環(huán)中心和四周。這種設(shè)計(jì)能夠組裝到各種人造結(jié)構(gòu)中發(fā)揮作用。

    Bosia表示：“我們可將周期性的類蛛網(wǎng)單元組裝到主纜和吊纜線結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)出減震懸索橋（甚至能抗地震）或其他拉伸結(jié)構(gòu)。如果規(guī)模小一點(diǎn)，類似的結(jié)構(gòu)還可以用來(lái)降噪，如公路或鐵路兩旁的聲音隔離裝置。”

    這種超材料可控性非常高，因?yàn)樗膸缀谓Y(jié)構(gòu)有五個(gè)自由度（比傳統(tǒng)的聲波材料要多），每個(gè)都能被單獨(dú)調(diào)控，這樣就能設(shè)計(jì)出響應(yīng)不同頻率的材料。這種材料能夠抑制的頻率范圍稱為禁帶，而這種蛛絲仿生超材料有非常寬的禁帶，可調(diào)性非常好。未來(lái)，科學(xué)家會(huì)進(jìn)一步研究蛛網(wǎng)的減振性能以及如何讓它發(fā)揮更大的實(shí)用價(jià)值。

    Bosia還說(shuō)：“我們其實(shí)還希望研究一個(gè)單獨(dú)的蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)性能，而非現(xiàn)在我們所用的這種大規(guī)模的周期結(jié)構(gòu)，這樣能幫助我們更好的理解這種結(jié)構(gòu)是否能夠根據(jù)振動(dòng)的衰減和在不同區(qū)域的集中效應(yīng)幫助蜘蛛實(shí)現(xiàn)某種特殊功能。總之，我們想發(fā)現(xiàn)一些其他的仿生設(shè)計(jì)靈感，可能基于它的梯度結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)對(duì)不同頻率范圍的衰減功能。我們也希望將這些概念應(yīng)用到更大的尺度上，比如抗地震的裝置。”