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)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以獲得高強度。這個研究團隊的負責人是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。”