保护亚马逊巨型鱼类不受食人鱼伤害的装甲鳞片揭示了它们的秘密

天平巨骨舌鱼-地球上最大的淡水鱼之一——被发现是自然界中发现的最坚硬的柔性材料之一。加利福尼亚的一组研究人员的这一发现指出了一种改进轻型装甲的方法。然而，3D打印的缺点意味着有鳞片的防弹背心可能还需要一段时间。

巨滑舌鱼是一种3米长的鱼，发现于亚马逊河，生活在食人鱼出没的水域。这种鱼的鳞片之所以引人注目，有两个原因:它们不仅能抵抗捕食者的攻击，而且还很灵活，使动物保持敏捷，帮助它机动。食人鱼以其强大的咬合力而闻名，研究人员很好奇这是怎么回事巨滑舌鱼在危险的亚马逊河中幸存下来

在获得秤后，团队开始测试它们的韧性。为了做到这一点，他们在一个天平上放了一条裂缝，并测量了裂缝在整个结构中传播所需要的应力或应变。他们惊讶地发现，鳞片是自然界中发现的最抗断裂的材料之一。那么，是什么让他们如此强硬呢?

“体重计的底部是坚硬的外层，”他说罗伯特•里奇他是加州大学伯克利分校的教授，也是这项研究的共同负责人。“和骨头一样，它也都是胶原蛋白和矿物质，但表面的矿化程度更高，所以更难处理。”“这与更柔软的内层胶原纤维相结合。”利用电子显微镜对内层进行成像，研究小组意识到这些纤维就像一个螺旋楼梯，也就是所谓的螺旋楼梯Bouligand结构．这意味着，如果捕食者突破了坚硬的外层，纤维会沿着不同的角度变形和散开，从而阻止裂缝的扩大。里奇补充说:“这是一种特别有效的抗骨折方法。”

这种硬层和软层的耦合类似于防弹衣的设计。然而，当自然从分子的基础上构建，在层之间创建一个温和的梯度时，合成材料使用粘合剂，创建一个尖锐的界面。Ritchie解释说，这个界面是层容易分开或断裂的地方，从而削弱了材料。

同样在伯克利大学帮助进行实验的Wen Yang指出，该团队正在模仿螺旋结构，但传统的设计技术具有挑战性。里奇补充说:“一旦所有的错误都被分类，3D打印确实提供了潜力。”

“当我在鱼鳞上看到同样的特性被用于强化复合材料时，我真的很惊讶……这真的很有道理，”他说Jan-Henning短剑德国城市应用科学大学生物结构教授。“这是一些知道自己在说什么的人做的一些非常有趣的工作。”