鱼鳞——对柔韧护面手套的启发

15 十 2019

护面应同时具备硬度(抗刺穿能力)和灵活度两个特性。但最硬的材料通常不具柔韧性。这可以通过把硬片固定在软片上来解决,例如,罗马士兵的盔甲(lorica squamata)就是将金属片缝在布面上做成的。

加拿大蒙特利尔的麦吉尔大学(McGill university)的工程师模仿鱼类,如鲈鱼和鳄嘴鱼(主图)的体表层叠的鳞片。他们在鱼的皮肤和鳞片上做了大量实验,研究它们的硬度、韧性(抗破裂能力)和破裂的方式。工程师们发现较小的鳞片更具抗刺穿能力,它们是“ 目前已知的最为结实的胶原基材料”。1

研究人员利用电脑模拟研究出了最佳的排列方式,然后用硬质的陶瓷氧化铝条带制作0.6 毫米厚的鳞片,再把它们粘在拉伸的松紧带上面。松开松紧带后,鳞片就会滑到下一片鳞片上,形成部分重叠。如此排列的鳞片又被粘到一个柔软的弹性硅胶薄膜上。

人们发现这张贴了鳞片的薄膜仍然很柔韧,但也不失硬度。相反,它其实比一整片陶瓷层更具抗刺穿能力。而且,即便鳞片膜被多处穿孔,而且穿孔只相隔两个鳞片,它仍具有抗击力。

当然,研究报告还是少不了对进化论来一番无视事实的恭维:

 “ 经过几百万年的进化,动物发展出高效的防护系统来抵御捕食者的威胁、种内争斗的伤害、环境的危险。”2

 

一如既往,进化论并没有对鳞片的作用原理和起源提供真正的科学见解。研究人员制造的防护手套也当然不是靠随机突变和自然选择!这是人类仿效自然创造者的诸多例子中的一个,这个发展迅速的领域称为仿生学。3

 

 


 参考文献和注释

[1] McGill University, Protective wear inspiredby fish scales: Ceramic-covered gloves offer industrial workers increased protection from piercing, sciencedaily.com, 24 January 2017.

[2] Martini, M. and Barthelat, F., Stretch-andrelease fabrication, testing and optimization of a flexible ceramic armor inspired from fish scales,Bioinspiration & Biomimetics 11:0066001, 13 October 2016 | doi:10.1088/1748-3190/11/6/066001.

[3] 文章见 creation.com/design#biomimetics.