日前，加州大學(xué)河濱分校（University of California, Riverside）和普渡大學(xué)（Purdue University）的研究人員們從皮皮蝦（學(xué)名蝦蛄）身上獲得靈感，開(kāi)發(fā)出了一種超強(qiáng)的新型3D打印結(jié)構(gòu)。據(jù)悉，研究人員模擬的是這種甲殼動(dòng)物用來(lái)打擊獵物的棒狀附肢，該肢體由一種不同尋常的人字形結(jié)構(gòu)組成。

　　據(jù)了解，蝦蛄可以分為穿刺型（spearers）和粉碎型（smashers）兩類，粉碎型蝦蛄的節(jié)肢末節(jié)的踝部卻異常的擴(kuò)大、堅(jiān)硬，再加上長(zhǎng)節(jié)含有強(qiáng)健的肌肉，這使得粉碎型蝦蛄的攻擊附肢非常具有破壞力，據(jù)了解，粉碎型蝦蛄的攻擊性附肢揮舞起來(lái)加速度可達(dá)10，000G，這會(huì)對(duì)其獵物造成毀滅性的打擊。

　　當(dāng)然，讓粉碎型蝦蛄的棒狀附肢威力如此巨大的原因不僅僅在于其揮舞的速度，其堅(jiān)硬的外殼也功不可沒(méi)，據(jù)了解，蝦蛄棒狀附肢的外殼可以承受蝦蛄多次強(qiáng)力擊打獵物而完好無(wú)損。那么，其中的原因何在呢？科學(xué)家們經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，蝦蛄的棒狀附肢是由幾個(gè)不同的區(qū)域組成的，每個(gè)區(qū)域都以一種不同的方式為其整體強(qiáng)度的提升做出貢獻(xiàn)。其內(nèi)部的“周期性”區(qū)域，包括一個(gè)有機(jī)面和磷酸三鈣/鈣碳酸鹽面，能夠吸收能量，過(guò)濾出剪切波。

　　據(jù)悉，這個(gè)研究項(xiàng)目由加州大學(xué)河濱分校（UCR）Bourns工程學(xué)院的David Kisailus領(lǐng)導(dǎo)，得到了美國(guó)空軍科研辦公室下面的一項(xiàng)750萬(wàn)美元的多大學(xué)研究計(jì)劃的資金支持。研究團(tuán)隊(duì)主要關(guān)注的是粉碎型蝦蛄棒狀附肢的一個(gè)與眾不同的部分——“沖擊區(qū)域（impact region）”，這個(gè)區(qū)域位于其附肢的外側(cè)。Kisailus稱這一區(qū)域能夠啟發(fā)他們開(kāi)發(fā)出超強(qiáng)的3D打印結(jié)構(gòu)。該沖擊區(qū)域由晶體磷酸鈣圍繞著殼質(zhì)纖維組成，這些材料很緊湊地形成了一種不同尋常的人字形結(jié)構(gòu)，這種整齊有序的結(jié)構(gòu)既有助于盡量減少對(duì)其節(jié)肢的沖擊力，又能夠最大限度對(duì)打擊目標(biāo)造成傷害。

　　由于之前從來(lái)沒(méi)有在自然界中發(fā)現(xiàn)過(guò)這種人字形結(jié)構(gòu)，研究人員們?yōu)榇烁械椒浅Ｅd奮。“我們從以前的研究中得知，蝦蛄的沖擊區(qū)域能夠在將令人難以置信的動(dòng)量轉(zhuǎn)移給獵物時(shí)避免斷裂。而令人興奮的是，通過(guò)我們的研究發(fā)現(xiàn)其高度耐沖擊的特性是由這種全新的人字形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的。”Kisailus團(tuán)隊(duì)里的研究生Nicholas Yaraghi說(shuō)。

　　為了確認(rèn)這個(gè)人字形結(jié)構(gòu)的假說(shuō)，Kisailus團(tuán)隊(duì)還跟普渡大學(xué)的土木工程副教授Pablo Zavattieri帶領(lǐng)的另一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了合作。兩家團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行了有限元分析，并在一臺(tái)3D打印機(jī)上使用合成材料以更大的尺寸重建了該結(jié)構(gòu)。

　　計(jì)算模型表明，人字形結(jié)構(gòu)有助于應(yīng)力在其棒狀附肢上的均勻分布，并減少了結(jié)構(gòu)失效的可能性。隨后，研究人員又對(duì)3D打印的模型進(jìn)行了壓縮測(cè)試，結(jié)果顯示人字形結(jié)構(gòu)，能有效地重新分配應(yīng)力和偏轉(zhuǎn)裂縫——與附肢內(nèi)部周期性區(qū)域相比更是如此。Zavattieri團(tuán)隊(duì)的成員Nicolas Guarín-Zapata說(shuō)：“盡管數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果已經(jīng)令人信服地確認(rèn)了應(yīng)力在該結(jié)構(gòu)中的重新分布，但是當(dāng)我們對(duì)3D打印的樣本進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候仍然感到驚喜。”

　　研究人員們認(rèn)為，他們的研究結(jié)果將對(duì)海洋生物學(xué)和先進(jìn)制造業(yè)產(chǎn)生影響。Kisailus稱可以復(fù)制這種特殊的人字形結(jié)構(gòu)，以生成新型的高強(qiáng)度3D打印結(jié)構(gòu)，以用于汽車和航空航天零部件，以及裝甲等。

　　“我們對(duì)這種小生物及其多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了解的越多，就越發(fā)意識(shí)到它可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出更好的飛機(jī)、汽車、運(yùn)動(dòng)器材和盔甲。”Kisailus說(shuō)：“通過(guò)使用3D打印技術(shù)，我們實(shí)際上可以根據(jù)粉碎型蝦蛄身上學(xué)到的體系結(jié)構(gòu)，借助傳統(tǒng)的工程材料制造出新型復(fù)合材料。”