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螞蟻為無可爭議大力士 可承受自重5000倍壓力

來源:鳳凰科技       更新時間:2014-03-18 14:18:07
 


最新研究發現螞蟻的力量來自于他的頸部關節

  上個月發表在期刊《生物力學》上的一項最新研究顯示,螞蟻的頸部關節可以忍受自身重量5000倍的壓力。在此之前,曾有人拍攝到螞蟻背著死亡的小鳥尸體,當時科學家們預計螞蟻可以承受自身重量1000倍的壓力,但最新的數據的確讓研究人員大吃一驚。

  “最初我們以為螞蟻能夠忍受自身重量1000倍的壓力,因此我們從這個節點開始研究,”美國哥倫布俄亥俄州立大學的機械航天工程師卡洛斯-卡斯特羅(Carlos Castro)這樣說道。“最初我們沒有想到螞蟻可以擁有如此極端的能力,結果的確出乎我們的意料。”

  測試螞蟻的強度涉及極端和摧毀性測試。卡斯特羅和同事麻醉了螞蟻并將它們的頭部用膠水黏在一個光盤大小的離心機上。隨著離心機旋轉的越來越快,螞蟻頭部接受到的力也越來越強——直到頸部變形,頭部與身體在頸部關節處分離。

  “我們必須在離心機附近安放一個樹脂玻璃屏障以保護參與研究的學生。” 卡斯特羅說道。“因為螞蟻身體會在斷裂的瞬間飛出。”當離心機施加的力達到螞蟻自身體重的3400至5000倍時,螞蟻的頸部才斷裂。除了離心機研究,卡斯特羅還利用微電腦斷層攝影術重建螞蟻頸部關節的3D模型。他發現螞蟻頸部的表面擁有碰撞和折疊的微觀結構,能夠幫助螞蟻肩負更大的載重。

  “從材料角度看,我們發現它們的特性類似于其它昆蟲,” 卡斯特羅說道。“我認為是這種結構設計,而非材料設計幫助螞蟻承受巨大的載重。”其它研究人員表示,雖然螞蟻的確很強壯,但這項研究并沒有標明螞蟻真正能夠提升和運載的重量。

  德國弗萊堡大學的生物學家、螞蟻研究人員卡琳-摩爾(Karin Moll)表示,5000倍的載重的確令人印象深刻,但這并不意味著螞蟻能夠肩負這樣的重量。“作者顯示了螞蟻能夠承受這樣的力量,但負重則是另外一回事。能夠真正運載的重量一般都會小很多,”摩爾說道,她并未參與這項研究。

  英國格拉斯哥大學研究螞蟻足部粘性襯墊的研究人員托馬斯-恩德林(Thomas Endlein)補充說道,提升巨大的載重是有問題的,其中存在好幾種原因,包括肌肉強度,結構堅硬度和平衡。“對小型動物來說肌肉強度一般不是太大的問題,因為較小的動物一般具有相對自身體重更高的肌肉強度。然而,平衡重量則是個問題。首先,螞蟻必須從地面上舉起重物,這可是個棘手的問題,尤其是當物品是不規則形狀或者異常沉重時。。。其次,行走時平衡頭部上方的物品也并非易事,必須小心翼翼防止物品滑落。”

  美國奧克拉荷馬大學的生物學家麥克-卡斯帕里(Mike Kaspari)表示,微型機器人學——生物學和工程學的融合以建造小型半智能機器人——是最令人興奮的新科技之一。“希望這些廉價的微型機器人可以探索、監測和修復我們的環境,并利用有限的力量執行其它任務。這便是工程師通過研究螞蟻而激發他們的設計的例子之一。”

  卡斯特羅表示這項研究可以用于創造更有效提升和運載負重的機器人,借助于螞蟻半硬半軟的頭部部件。研究人員也希望利用這種軟硬結合的方法制造更好的復合材料。他計劃從機械的角度進一步了解螞蟻的肌肉組織,同時研究相同螞蟻物種里具有不同作用的螞蟻個體。“實驗里我們只是隨意選擇了一只螞蟻,最優化的螞蟻可能可以忍受自身重量10000倍的壓力。”

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