世上最天然防彈衣!麻省理工教授:龍蝦身上最硬的不是殼,是下面的那層「薄膜」

來自麻省理工學院等地方的工程師發現, 龍蝦尾巴下面,分開成數個部分的半透明軟膜異常堅韌,且具有微觀、分層、膠合板狀結構,使其能承受刮損和切割, 進而保護它的腹部,加上這種膜有彈性,讓龍蝦能夠前後抽打尾巴,使捕食者難以咬穿或撕扯開其尾部。

龍蝦膜的靈活性源自於一種天然水凝膠,90%由水組成,其餘大部分是甲殼素(一種在眾多貝殼和外骨骼中發現的纖維材料)。研究成果更表明,龍蝦膜是所有天然水凝膠中最堅韌的一種 ,堅韌度相當於製造汽車輪胎、花園軟管和傳送帶的工業橡膠複合材料。

由於龍蝦堅韌兼有彈性的薄膜的特性,麻省理工學院機械工程系的 d’Arbeloff 職業發展助理副教授郭明說道,「如果能用這類材料製作防彈衣, 你就可以自由移動你的關節,這會讓你感到更加舒適。 」,尤其針對身體活動度高的區域,如肘部和膝蓋,可使防彈衣設計更加靈活。

兼具柔軟與剛強的龍蝦膜,竟然 90% 由水組成

郭明教授在一次晚餐時,在品嘗龍蝦時,剎然發現腹部的透明膜很難咀嚼,好奇心使然下,開始研究龍蝦膜的特性郭明教授說:「龍蝦不能完全被硬殼覆蓋,它們需要這些更柔軟的連接處。。後來更意外發現,針對甲殼類動物腹部軟膜的研究很少,卻有很多對龍蝦獨特的盔甲式外殼的研究。

 

(來源:pixabay

教授將每個膜切成薄片並進行各種測試依, 推測出龍蝦膜的 90%都由水組成,是一種水凝膠材料。

為了測試龍蝦膜的受力,研究人員將膜放入仿自然的海洋環境裡,進行拉伸側試,同時精確測量對膜施加的力。研究觀察到膜最初是鬆軟的並且容易拉伸,直到它達到初始長度的兩倍左右,此時材料會變得更硬、更堅韌。因此發現, 龍蝦膜的特性非常特殊,水凝膠材料可以使龍蝦靈活移動,但在遇到危險時,軟膜可以變硬並起到保護作用 。 

龍蝦膜可以增加防彈衣的安全性與舒適性

研究人員針對龍蝦膜對刮擦和割痕的彈性 ,切開了薄膜厚度的一半,發現它仍然富有彈性,可以拉得很遠。 再使用電子顯微鏡放大了 龍蝦膜的微觀結構,其結構非常類似于膠合板,每個厚度約為 0.25 毫米的薄膜是由數萬層組成。 單層含有無數的甲殼素纖維,類似於稻草細絲,其角度都精確地均與上面的纖維層偏離 36 度。

研究團隊在努力瞭解龍為何蝦層狀結構在沒有斷裂的情況下,反而可以伸展得更多,以及甲殼素纖維如何被組裝成這樣一種獨特的分層結構,從而形成龍蝦膜,並相信這將是一種材料合成的新方法。

郭明教授認為這種材料除了能幫助設計更加靈活的防彈衣,亦可用於機器人以及組織工程學。 若發展順利,這將會為自然界中最具彈性生物的演化,提供了新的視角。

參考資料來源:
1.《DeepTech 深科技》:〈 每吃一只龙虾,就有一件天然“防弹衣”在消失
2.《中国科学报》:〈 龙虾坚韧腹壳或能做轮胎
3.《ScienceDirect》:〈Natural hydrogel in American lobster: A soft armor with high toughness and strength
(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pxhere, CC Licensed。)

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