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蚂蚁为无可争议大力士 可承受自重5000倍压力

http://www.kexue.com 2014-03-05 09:29:40 凤凰科技  发表评论


最新研究发现蚂蚁的力量来自于他的颈部关节

  上个月发表在期刊《生物力学》上的一项最新研究显示,蚂蚁的颈部关节可以忍受自身重量5000倍的压力。在此之前,曾有人拍摄到蚂蚁背着死亡的小鸟尸体,当时科学家们预计蚂蚁可以承受自身重量1000倍的压力,但最新的数据的确让研究人员大吃一惊。

  “最初我们以为蚂蚁能够忍受自身重量1000倍的压力,因此我们从这个节点开始研究,”美国哥伦布俄亥俄州立大学的机械航天工程师卡洛斯-卡斯特罗(Carlos Castro)这样说道。“最初我们没有想到蚂蚁可以拥有如此极端的能力,结果的确出乎我们的意料。”

  测试蚂蚁的强度涉及极端和摧毁性测试。卡斯特罗和同事麻醉了蚂蚁并将它们的头部用胶水黏在一个光盘大小的离心机上。随着离心机旋转的越来越快,蚂蚁头部接受到的力也越来越强——直到颈部变形,头部与身体在颈部关节处分离。

  “我们必须在离心机附近安放一个树脂玻璃屏障以保护参与研究的学生。” 卡斯特罗说道。“因为蚂蚁身体会在断裂的瞬间飞出。”当离心机施加的力达到蚂蚁自身体重的3400至5000倍时,蚂蚁的颈部才断裂。除了离心机研究,卡斯特罗还利用微电脑断层摄影术重建蚂蚁颈部关节的3D模型。他发现蚂蚁颈部的表面拥有碰撞和折叠的微观结构,能够帮助蚂蚁肩负更大的载重。

  “从材料角度看,我们发现它们的特性类似于其它昆虫,” 卡斯特罗说道。“我认为是这种结构设计,而非材料设计帮助蚂蚁承受巨大的载重。”其它研究人员表示,虽然蚂蚁的确很强壮,但这项研究并没有标明蚂蚁真正能够提升和运载的重量。

  德国弗莱堡大学的生物学家、蚂蚁研究人员卡琳-摩尔(Karin Moll)表示,5000倍的载重的确令人印象深刻,但这并不意味着蚂蚁能够肩负这样的重量。“作者显示了蚂蚁能够承受这样的力量,但负重则是另外一回事。能够真正运载的重量一般都会小很多,”摩尔说道,她并未参与这项研究。

  英国格拉斯哥大学研究蚂蚁足部粘性衬垫的研究人员托马斯-恩德林(Thomas Endlein)补充说道,提升巨大的载重是有问题的,其中存在好几种原因,包括肌肉强度,结构坚硬度和平衡。“对小型动物来说肌肉强度一般不是太大的问题,因为较小的动物一般具有相对自身体重更高的肌肉强度。然而,平衡重量则是个问题。首先,蚂蚁必须从地面上举起重物,这可是个棘手的问题,尤其是当物品是不规则形状或者异常沉重时。。。其次,行走时平衡头部上方的物品也并非易事,必须小心翼翼防止物品滑落。”

  美国奥克拉荷马大学的生物学家麦克-卡斯帕里(Mike Kaspari)表示,微型机器人学——生物学和工程学的融合以建造小型半智能机器人——是最令人兴奋的新科技之一。“希望这些廉价的微型机器人可以探索、监测和修复我们的环境,并利用有限的力量执行其它任务。这便是工程师通过研究蚂蚁而激发他们的设计的例子之一。”

  卡斯特罗表示这项研究可以用于创造更有效提升和运载负重的机器人,借助于蚂蚁半硬半软的头部部件。研究人员也希望利用这种软硬结合的方法制造更好的复合材料。他计划从机械的角度进一步了解蚂蚁的肌肉组织,同时研究相同蚂蚁物种里具有不同作用的蚂蚁个体。“实验里我们只是随意选择了一只蚂蚁,最优化的蚂蚁可能可以忍受自身重量10000倍的压力。”

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