OFWeek3D打印網(wǎng)訊：仿生科學(xué)家一直在研究自然界中超能現(xiàn)象，而且很多研究成果已應(yīng)用的實際生活中。蜘蛛網(wǎng)一直是最讓人們著迷的生物結(jié)構(gòu)之一。無論是其超高的強度性能（同等質(zhì)量下，它比鋼更強）還是蛛網(wǎng)上呈現(xiàn)的復(fù)雜數(shù)學(xué)圖案，蜘蛛網(wǎng)都是不折不扣的最令人印象深刻的自然造物之一。如今，通過將計算機建模和力學(xué)分析相結(jié)合，麻省理工學(xué)院（MIT）的一個研究團隊開發(fā)出一種方法可以使用3D打印技術(shù)仿造蜘蛛網(wǎng)，以便于更好地研究它們。

　　該研究團隊近日發(fā)表在《自然（nature）》雜志上的一篇論文宣稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種方法可以對3D打印的合成蜘蛛網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以獲得高強度。這個研究團隊的負(fù)責(zé)人是MIT土木與環(huán)境工程（CEE）系的Marku Buehler教授，其他研究人員包括CEE研究科學(xué)家 Zhao Qin、哈佛大學(xué)Jennifer Lewis教授和前哈佛博士后Brett Compton。

　　這是世界上首次對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性探索。”Buehler教授說。“我們正在以一種系統(tǒng)的、可重復(fù)的方式尋求擴大我們對于天然織物功能方面的了解。”

　　使用一種實驗裝置，該團隊使用金屬結(jié)構(gòu)3D打印出合成蛛網(wǎng)，并且直接將他們的數(shù)據(jù)集成到模型里——其本質(zhì)實際存在的蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)與計算模型結(jié)合起來。

　　據(jù)哈佛大學(xué)教授Jennifer Lewis稱，這種3D打印模型為進(jìn)一步研究網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響、以及強度與破壞容忍度之間的關(guān)系提供了更多的機會與可能，而如果使用自然生成的蜘蛛網(wǎng)就根本不可能進(jìn)行此類研究。

　　“蜘蛛絲是一種迷人的材料。”Lewis說。“但在此之前，蛛網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的作用還沒有得到充分的了解。”Lewis的目標(biāo)是找到一種類似于絲的那種具有均勻機械性能的可3D打印材料，用于研究蛛網(wǎng)在幾何方面的特性。

　　研究團隊發(fā)現(xiàn)在蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)、蛛網(wǎng)節(jié)點（加載點）和失效機制之間存在顯著的關(guān)系，當(dāng)整個蛛網(wǎng)上的材料分布改變時，蜘蛛就能根據(jù)預(yù)期的獵物更好地優(yōu)化蛛網(wǎng)的強度。Buehler稱，這一發(fā)現(xiàn)對于人類世界的低密度、耐損傷材料的設(shè)計有很大的啟發(fā)。

　　此外，該實驗表明，擁有均勻螺紋直徑的蜘蛛網(wǎng)能夠更好地應(yīng)對來自單點的力，類似于一只蒼蠅或蜜蜂撞在網(wǎng)上這種情況。而具有不均勻螺紋直徑的蛛網(wǎng)則更適于應(yīng)對廣泛的壓力，比如雨滴或強風(fēng)等。

　　這項研究工作對于探索在開發(fā)新型材料和結(jié)構(gòu)時如何利用自然界中的設(shè)計是一個極好的示范。”美國東北大學(xué)機械和工業(yè)工程副教授Sandra Shefelbine說。

　　現(xiàn)在，在3D打印技術(shù)的幫助下，研究團隊已經(jīng)摸索出一種測試蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可行方法。他們的下一個步驟將進(jìn)一步使用受控的沖擊力和振動來模擬自然界的力量，以研究各種蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性。

　　“生物材料和結(jié)構(gòu)是工程學(xué)的最新前沿。”加州大學(xué)圣地亞哥分校機械和航空航天工程教授在加州大學(xué)圣地亞哥分校教授 Marc Meyers評論說。“Markus Buehler和他的團隊做出的顯著貢獻(xiàn)已經(jīng)超越了了解自然的第一階段，并在制造仿生結(jié)構(gòu)方面大步前進(jìn)。”