啄木鸟海绵状的骨骼和坚硬如铁的喙正在启发 新一代减震器,有望保护飞机黑匣子、足球运动员和其他贵重物品免受撞击力的影响。
啄木鸟以每秒 18 到 22 次的惊人速度将喙啄入树木,每次撞击都会使它们的大脑承受 1200 g 的减速度。根据 NFL 的研究,这超过了让足球运动员脑震荡所需的 g 力 100 倍——当绿湾包装工队和匹兹堡钢人队周日在超级碗比赛中相遇时,至少承受 98 g 的球员可能会被淘汰出场。
加州大学伯克利分校的 Sang-Hee Yoon 和 Sungmin Park 着手研究啄木鸟如何能够承受如此 强大的减速度。他们发现,这些鸟类的解剖结构通过四种方式保护它们的大脑。它们的喙坚硬但有弹性;它们的颅骨呈海绵状;颅骨和大脑之间的空间非常小,可以减少振动;它们还有一个称为舌骨层的特殊结构,附着在啄木鸟的舌头上以减少振动,New Scientist 报道。飞机黑匣子可以承受大约 1000 g 的冲击。
研究人员为所有这些能力设计了机械类似物,并制造了一种新型的减震装置,该装置涉及嵌入钢壳铝圆筒中的玻璃珠。他们用气枪对它进行了猛烈冲击,发现它能保护其内容物免受 60,000 g 的冲击,根据他们发表在《生物启发与仿生学》杂志上的论文。
为了模仿喙的 强度和韧性,研究人员首先使用了钢壳。为了像舌骨一样均匀分布载荷和减少振动,他们添加了一层橡胶。薄层液体由第二个金属壳表示,这个壳由铝制成,里面他们使用了密集排列的 1 毫米直径的玻璃珠,以模拟颅骨的海绵状。电子设备嵌入到玻璃珠中。
除了保护电子设备外,这种四层外壳还可以为军队、运动员和赛车手提供新的保护技术。
美国陆军和足球头盔制造商 Riddell 都在研究旨在减轻大脑前部压力的先进头部保护装备,因为大多数脑震荡都发生在那里。像这种受鸟类启发的新型外壳这样的多层系统可能是朝着这个方向迈出的又一步。