美国芝加哥大学的工程师们发现硬鳞鱼独特的甲壳不仅增强了六角形鱼鳞的强度而且改善了鱼鳞之间的联系。

    他们7月27日在Acta Materialia杂志上描述了他们的发现以及盒子鱼（角箱鲀）的甲壳。工程师们也描述了盒子鱼的结构是如何对防弹衣、机器人和弹性电子产品提供灵感的。
 

盒子鱼
 

    “盒子鱼虽小，然而在50~100米深的海水中却可以与很多巨大且好斗的鱼类共存。”

    “当我触摸了它之后，我才意识到它可以存活的原因——它很强壮且行动灵活。” 杨文（音译）说，他是来自瑞士苏黎世联邦理工学院的该论文的第一作者。

    盒子鱼不仅具有坚硬的鱼鳞而且十分灵活，有关盒子鱼的研究激起了科学家研究一种新型盔甲材料的灵感。六角形的鳞片被称为鳞甲。这些鳞甲由缝合线连接，类似于婴儿头骨的连接，伴随着婴儿的成长而生长并融合在一起。
 

盒子鱼的鳞甲结构
 

    材料与科学工程的博士生Steven Naleway（该论文的另一作者）表示，“大多数鱼的鳞片都会重叠。然而，在捕食者攻击它们时只有咬中两鳞片之间才可置其于死地，这意味着它们没有薄弱点。”

    “我们目前研究的是这些鳞甲及缝合线所提供的力学优势。据了解，拥有这种鳞甲的盒子鱼已经生存了约3500万年了，这证明该结构在自然界中十分成功。”

    每个六边形的结构或鳞甲都有一个凸起，星形结构的应力分布在整个表面中心。该小组发现在这些鳞甲的内层形成一个复杂的结构，并且胶原纤维交错。

    这种结构在鳞甲中形成了非常灵活的内层，并且由于大量交错的胶原纤维使得很难刺穿。同时，盒子鱼具有的内外双层的鳞甲使其在自然界中得到独一无二的天然保护。

    该小组还测试了鳞甲可承受的使其分离的横向和纵向张力，以及抵御穿透能力。

    “我们能够证明，即使一个食肉动物在外层造成一个裂缝，胶原纤维还可帮助防止结构的失效。”杨女士说道。她目前主要研究仿生材料的特征。

    Naleway先生补充道：“于此同时，鳞甲之间的连接线，使其更坚固。在冲击时，缝合线的锯齿状基本能够锁定和保持鳞甲免于破裂。这些缝合线不同于其他在自然界中发现的类似物质。”

    他还说，“最常见的缝合结构模式，在本质上是那些有类似于三角形的形状，其包括两个重要组成部分：刚性缝合的牙齿和一个兼容的接口。”

    “据我们所知，盒子鱼的缝合线在接口处也存在不兼容的情况。另外，它们的牙齿具有低得多的比例，这表示相对于其他例子而言，它们较短且较宽。”

    “我们从工程原理来理解生物设计，这是我们的独到之处。” Joanna McKittrick教授说，他是材料科学领域的专家并且是该论文的资深作者之一。

    研究者用扫描电子显微镜（SEM）来表征鳞甲的表面结构。他们还采取了横截面和微型计算机断层扫描来表征密集地区。研究人员得知力学性能的测试结果后，想了解为什么盒子鱼选择这种非重叠鳞片的设计呢？

    “这些抗损伤结构在自然界中进化了百万年，有关其研究是由美国空军支持的，希望能够引导的仿生设计相比于传统的方式能提供更多的保护。” Marc Meyers说道，他是该论文的另一资深作者，是美国加州大学迭戈分校的材料科学教授。

责任编辑：李玲珊

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