為什麼海馬的尾巴是方形

為什麼是海馬的尾部方形？一個國際研究小組已經找到了答案，這可能導致建立更好的機器人和醫療設備。概括地說，尾巴製成方形的，重疊的部分，使比圓柱形尾部裝甲更好。這也是在握持和把握好。研究人員描述了在7月3日發行他們的調查結果科學。

「幾乎所有動物的尾巴有圓形或橢圓形的橫截面，但不是海馬的。我們想知道為什麼，「邁克爾·波特的助理教授，機械工程在克萊姆森大學的研究的首席研究員，誰贏得了他說的pH .D。在材料科學與工程在加州大學聖地亞哥分校，在2014年「我們發現，方狀的尾巴是更好的抓都和裝甲在需要的時候。」

也顯著，方板使海馬的尾部更嚴厲，更強大和應變更耐在同一時間。通常，加強這些特徵的任何一個會削弱其他的至少一個，波特說。他和他的同事開始著手找出原因。

他們發現，方板粉碎移動時，只有一個自由度：他們滑動。與此相反，圓形板具有兩個自由度：它們滑動，並且它們旋轉。其結果是，在方板吸收更多的能量永久性故障開始之前。

以他們的研究結果得出，研究人員使用了多種技術，包括3D印刷的海馬的尾部簡化的模型，他們再彎曲，扭曲，壓縮和粉碎。他們還3D印刷和跑類似的實驗在由重疊圓形段，它們的設計和一個未在自然界中發現的尾部模型。

「新技術，如3D列印，使我們能夠模仿生物的設計，而且還建立設計模型假設自然界中不存在，」波特說，「然後我們就可以對對方進行測試，以尋找靈感，新的工程應用，也解釋為什麼生物系統可能已經進化。「

科學的研究建立在工作波特與多米尼克Adriaens，進化生物學，在根特大學和加州大學聖地亞哥分校教授合作，開始在加州大學聖地亞哥分校材料科學和工程教授喬安娜McKittrick和馬克·邁爾斯。「邁克爾決定用工程與技術講解生物特徵，」McKittrick，誰是波特的聯合顧問，是在紙上的合著者說。您可以簡化性質，研究它在實驗室里，加入邁爾斯，也是一個合著者和波特合作顧問。「那你可以建立新的仿生結構和設備。」

波特的研究小組在克萊姆森現在應用這種方法，開發新結構和模仿其他各種自然和假設，系統的機器人系統，讓他來翻譯他的研究跨學科：從生物為靈感設計的源泉; 並從工程作為生物學的勘探的工具。

抓，夾持

當研究扭3D印刷方海馬尾模型，他們發現，其板干擾彼此，約一半限制其運動範圍相比，製成圓形段的模型。此外，它被扭曲後，廣場模型返回到其原來的形狀快，而花費的能量的最小量。研究人員推測，這可能保護尾部損壞。與此相反，從圓形段製成一個尾巴扭轉容易且需要更多的能量以返回到其原來的形狀。研究人員還發現，尾部的正方形部分創建的多個接觸點與表面相比，具有圓區段的尾部，它正在煞住。

此外，海馬的尾巴彎曲的方式，允許它其視線內抓握物體。研究的共同作者羅斯L.哈頓，助理教授機械工程俄勒岡州立大學和專業的機器人，幫助波特開發的幾何模型描述尾部的力學和證明它的幾何精確優化，這種把握。

裝甲

研究人員還提出壓縮3D列印段和比較他們的行為與方形和圓形3D列印固體結構的模型截面，但沒有細分。他們發現，海馬的尾部有縫的地方，在粉碎時，固體結構失敗的確切位置。這使得結構來吸收更多的能量的衝擊。更令人印象深刻，廣場模型跑贏圓一個在所有破碎的測試。這是因為方段失敗，但不會改變其總體形狀。相比之下，圓段開拓應用負載下，從改變自己的圓形狀橢圓形。

這一點很重要，因為水禽是海馬的主要天敵之一，捕捉他們的獵物他們的嘴，並粉碎他們在這個過程中。

應用

波特也在研究如何靈感來自海馬的尾部結構設備可以在現實生活中使用。一種可能性是擴展到建立一個把持機器人手臂，能夠在惡劣的環境中使用的結構。另一種是規模下來建立一個導管。但可能是多方面的，說研究的共同作者邁爾斯,相關資料在cusabio.cn。

對海馬的尾部結構

海馬的尾巴通常由約36平方狀鏈段中，每個由四個L形角板指逐漸在尺寸沿尾部的長度減小。所述板可自由滑動或樞轉。滑翔關節允許骨板滑過彼此。樞轉接頭是類似球窩接頭，具有三個旋轉自由度。將板連接到椎骨由結締組織的厚膠原層。板與椎骨之間的關節非常靈活，近六自由度。

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