受昆蟲(chóng)“鐵頭”啟發(fā) 我科學(xué)家研制出超強(qiáng)水凝膠

亞洲玉米螟俗稱玉米鉆心蟲(chóng)，是一種喜歡啃吃玉米的害蟲(chóng)�？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，它的頭特別“鐵”，在取食過(guò)程中能反復(fù)穿透堅(jiān)硬的玉米莖稈，持續(xù)承受沖擊卻能完好無(wú)損。受這一昆蟲(chóng)頭部結(jié)構(gòu)原理啟發(fā)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所梁翔禹團(tuán)隊(duì)聯(lián)合大連理工大學(xué)，研制出一種超強(qiáng)耐沖擊水凝膠，可大幅提升無(wú)人機(jī)等設(shè)備在碰撞環(huán)境下的可靠性。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上。

該研究團(tuán)隊(duì)介紹，在自然界中，許多生物僅靠肉體之軀就能通過(guò)精妙的多層級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的力學(xué)性能，昆蟲(chóng)表皮就是典型代表。研究團(tuán)隊(duì)深入解析亞洲玉米螟頭殼內(nèi)層表皮的蛋白組成，發(fā)現(xiàn)其“鐵頭”特性源于頭殼內(nèi)表皮獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠迅速化解局部受到的沖擊力。由此，研究團(tuán)隊(duì)模仿亞洲玉米螟幼蟲(chóng)頭殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)室中成功“復(fù)刻”出具有類似仿生層狀結(jié)構(gòu)的水凝膠。經(jīng)檢測(cè)，該仿生水凝膠的抗沖擊韌性可達(dá)每平方米23534焦耳，比傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)或幾丁質(zhì)水凝膠提高了超千倍。

為驗(yàn)證實(shí)際效果，研究團(tuán)隊(duì)將這種水凝膠安裝在農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)偵查無(wú)人機(jī)的防撞支架上，并在模擬果園環(huán)境的復(fù)雜通道中進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，配備了水凝膠的無(wú)人機(jī)在多次碰撞后僅出現(xiàn)短暫晃動(dòng)，隨即恢復(fù)穩(wěn)定飛行，機(jī)體完好無(wú)損；而未安裝的無(wú)人機(jī)碰撞后便失控墜毀，支架受損。

業(yè)界專家認(rèn)為，該研究為新一代仿生材料的設(shè)計(jì)與制造提供了新思路，在智能農(nóng)機(jī)、柔性機(jī)器人、可穿戴設(shè)備、精密傳感器防護(hù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

編輯：金文婕

審核：王仕偉

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