纽约时报第二届STEM写作比赛获奖文章:孔雀螳螂虾 亚特兰蒂斯的蚁人

孔雀螳螂虾:亚特兰蒂斯的蚁人

每小时50英里。一个8000 G的力。所有这些都在两毫秒内完成。你看到的不是现代的子弹,而是动物界最快的一击。

孔雀螳螂虾被科学家称为“自然界的水下奇迹”,它有能力刺穿猎物的头骨,并在其周围的水里完全形成空泡。然而,尽管这听起来很有趣,问题仍然存在:这种4英寸的生物是如何产生自身重量1000倍的力量的?


一般来说,大自然不喜欢揭示它所有的秘密,但世界各地的科学家都设法将这种神秘归因于一个因素:它的结构。虽然大多数人造材料的原子都是有序地层叠在一起的,但这个虾俱乐部却从大自然的食谱中找到了一页,它将纤维以微小的不同程度层叠在一起,形成了一个螺旋状的螺旋状结构,能够承受超过2000牛顿的力!

它的球杆分为三层,每次都能打出有力的一击。第一层是由一种叫做羟基磷灰石的矿物质组成的,你的头发和牙齿中也有这种矿物质;然而,在这种情况下,由于表面更硬,它是一种更结晶的形式。第二层是由一种更柔软的矿物组成,尽管每一层都有轻微的旋转,形成了科学家们现在已经认识到的螺旋状结构。第三层由几层甲壳素组成,防止球杆受到冲击而膨胀。

但如果我们将其应用于主流市场呢?虽然科学家和工程师们早在五年前就知道这一现象,但这项最初由加州大学河滨分校(University of California, Riverside)于2014年开展的研究才刚刚开始渗透到各种企业。当今航空航天工业中使用的最复杂的建筑结构是围绕碳纤维层在0度,45度右,45度左,然后90度旋转。然而,如果我们使用螺旋形配置来分层相同的材料,结果将是革命性的!

这将使内部失效延迟超过74%,增加超过50%的抗冲击能力,并提高超过92%的承重能力。现在,你不需要成为一个火箭科学家来理解这些数字可以改革整个行业。

然而,虽然人物形象是一回事,但现实生活中的表演则是完全不同的情况,而且它并不逊色。这种非凡的结构使得复合材料更轻、更强、更便宜,当应用到汽车上时,可以减少二氧化碳排放,减少碳足迹。虽然我们的世界还在维持生命,但这可能是我们可以做出重大改变的转折点。

当科学家们继续从大自然的果实中采摘时,这一发现仅仅标志着即将到来的一波新材料的开始。从蜂鸟到壁虎,我们终于翻开了新的一页,投向了大自然的神秘艺术,而不是试图摆脱它的魔咒。

Works Cited

Kim, Meeri. “Shrimp’s Shell-Smashing Punch Hands Researchers a Lead on Tougher Materials.” The Guardian, 9 May 2014.

Kwok, Roberta. “This Shrimp Packs A Punch.” Science News, 27 March 2013.

News Channel 3 Staff. “The Mantis Shrimp Changing Composites.” News Channel 3, 19 Nov. 2019.

Scharping, Nathaniel. “How Mantis Shrimp Punch So Hard Without Hurting Themselves.” Discover, 16 Jan. 2018.

Science Daily Staff. “Mantis Shrimp Stronger Than Airplanes.” Science Daily, 22 April 2014.

Treacy, Siobhan. “Materials for Aerospace and Sports Inspired by the Mantis Shrimp’s Club.” Engineering360, 16 Jan. 2018.

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