动物折纸:自然褶皱的物理学

收起翅膀的昆虫;具有手风琴般颈部的原生生物——研究这些巧妙的折痕可能会激发无人机的可折叠结构

来源:可知 Magazine

当微观的、泪状的 Lacrymaria olor  四处游动寻找食物时,它会做出一些非凡的事情:眨眼间,这种微小的原生生物将脖子伸出超过身体长度的 30 倍,抓住不知情的猎物。然后,脖子同样迅速地缩回,恢复到原来的大小。这一动作类似于一个六英尺高的人突然将脖子伸长约 200 英尺,然后又恢复正常。

泪玛丽亚 olor

这种杂技般的行为已经被观察了一百多年,但直到 2024 年,科学家们才终于明白 L. olor 是如何如此熟练地抽出并收起脖子的。这种小型猎手使用一种细胞折纸技术:它将外膜折叠成褶皱,可以随意展开、展开和缩回。

L. olor 使用一种蜂窝折纸

“这种特殊的折纸,我们将其命名为 Lacrygami,它不是人类发明的,而是大自然发明的,”斯坦福大学生物工程师 Manu Prakash 说道。

泪神

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就像释放紧紧缠绕的鱼线一样,微小的单细胞猎人 Lacrymaria olor 可以迅速将其脖子延伸到其身体大小的 30 倍,并同样快速地将其收回。

图片来源:ELIOTT FLAUMM / PRAKASH LAB

任何接触过折纸的人都知道它可能非常复杂,但不知何故,它复杂的褶皱在生物体内多次自然出现。近年来,科学家们仔细研究了生物领域的这些复杂褶皱,例如精致的昆虫翅膀、小鸡正在发育的肠道或 L. olor 闪电般快速的颈部。

他们的一些发现启发了无人机和机器人等实际应用,但折纸本身的性质足以让科学家们着迷。哈佛大学物理学家拉克什米纳拉亚南·马哈德万 (Lakshminarayanan Mahadevan) 表示,折纸存在于一个特定的边界,“在约束和自由之间有足够的平衡,这样你就可以做出非凡的事情。”

太空前沿

来源:科学星期五

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