折叠手机和任天堂3DS等掌上游戏机的铰链功能，很大程度上依赖于它们的铰链。经常打开和关闭这些设备，铰链就会开始失效，你可能会希望有一个更好的连接处。
碰巧的是，动物界可能已经满足了这一愿望。灵感来源是双壳类动物：蛤蜊、牡蛎、柯氏贻贝、贻贝以及许多其他有两片壳的生物。在双壳类动物的一生中，它们的壳可以打开和关闭数十万次，似乎毫发无损。
现在，一个由生物学家和材料科学家组成的团队合作研究了一种特殊的双壳类动物——扇贝珍珠贻贝（Cristaria plicata）。在他们今天发表在《科学》杂志上的论文中，他们不仅逆向工程了贻贝的铰链，还用玻璃纤维和其他现代材料对其进行了重现。
扇贝珍珠贻贝是这项研究的主角，它们生活在东北亚的淡水水域。古代中国工匠曾在这种贻贝的壳中培育珍珠。通过打开贻贝，放入小物件，如珠子或微型佛像，然后合上动物，让其放置一年，之后就能取出已覆盖着虹彩珍珠母的物件。
珍珠母，也称为nacre，因其远超美观的特性而长期受到材料科学家的关注。尽管珍珠母是由一种易碎的碳酸钙矿物质——文石构成，但其结构——由蛋白质“砂浆”粘合的文石“砖块”——赋予了这种物质惊人的强度和韧性。
“许多研究人员已经复制了其砖墙结构的各种方面，试图创造出坚硬、坚韧且坚固的材料，”加州大学戴维斯分校的生物力学家Rachel Crane说道，她不是这篇新论文的作者。
[相关：这种新材料强度堪比钢铁，但更轻]
在研究珍珠母的过程中，一些科学家也注意到了贻贝的铰链。尽管也由同样的易碎文石构成，但铰链在弯曲和伸展时却不会断裂。“这种非凡的性能给我们留下了深刻的印象，我们决定找出其根本原因，”中国科学技术大学材料科学家、该论文作者之一Shu-Hong Yu说道。
早在19世纪，生物学家就开始研究铰链及其差异，以区分双壳类物种。但他们当时没有技术来剥离这些活体关节的内部结构。而Yu和他的同事则提取了铰链，并在各种显微镜和分析仪下进行了检查。
他们发现，双壳类动物的铰链由两个关键部分组成。第一部分位于铰链的核心：一个形似折扇的弯曲部分。扇叶的“肋骨”是一排微小的文石丝，被包裹在柔软的蛋白质垫中。第二部分是韧带，是扇叶外缘的一层弹性层。
当铰链关闭时，蛋白质基质有助于保持文石丝的直线，防止它们弯曲和断裂。同时，外层韧带吸收了铰链展开时的张力。两者的结合，使得铰链特别坚固。
作者将从贻贝中提取的铰链放入一台反复开关的机器中进行测试，以检测其在长期反复应力下的性能。即使在150万次循环后，作者也没有发现任何损坏迹象。换句话说，如果贻贝每分钟开关一次贝壳，连续三年不停歇，其铰链将保持完美的功能。
这使得贻贝的铰链对工程师所说的“疲劳”具有超强的抵抗力。从螺母和螺栓到桥梁支撑，任何东西在反复使用都会产生磨损，正如你跑步马拉松后腿部会感到疲劳一样。而且，就像疲惫的双腿一样，疲劳的部件更容易失效——并可能带来毁灭性的后果。“双壳类动物的贝壳铰链不仅因其抗疲劳性，还因其弯曲能力而特别有趣，”Crane说道。
我们很想想象出在不知疲倦的贻贝铰链上打开和关闭的奇特生物朋克式门。虽然这几乎肯定不切实际，但作者认为这些铰链可以启发人类设计出能满足我们需求的零部件。
[相关：分解一种最难回收的塑料变得容易了一些]
事实上，受到所发现结构的启发，Yu和他的同事用嵌入聚合物基质中的玻璃纤维（如同扇叶的肋骨）制作了自己的铰链。他们对人造铰链进行了测试，发现其性能与真正的有机铰链相当——而其他铰链，一个玻璃纤维排列混乱的，另一个是玻璃球的，则开始断裂和开裂。
Yu表示，他们的早期尝试并非为了普通人类使用。但它表明，如果我们需要，我们可以创造出类似贻贝的弯曲性能。例如，如果手机设计师想制造一款需要玻璃这种易碎材料的折叠触摸屏手机呢？
“扇形区域启发的设计策略为应对这一挑战提供了一条有前景的途径，”Yu说道。他的团队现在计划研究这些柔软的蛋白质在铰链中起到什么作用。
但进化和工程遵循不同的规则。模仿经过数百万年演化的材料并非易事。“生物结构中最精细的图案通常难以复制且成本高昂，”Crane说道。
