科学家揭开蚂蚁咬合力惊人的秘密 锌原子分布牙齿上

为了让消费电子产品的尺寸不断缩小，工程师们也需要越来越小巧、且坚固的制造工具。而周三发表于《科学报告》杂志上的一项新研究，就从蚂蚁牙齿上获得了新的灵感。据悉，这种昆虫的微型咀嚼器比人的一根头发丝还细，但却拥有强大的咬合力，足以切开坚固的叶片而不会导致自身受到任何损坏。

（图自：University of Oregon / Robert Schofield）

研究人员称，这一切都与蚂蚁牙齿锌原子的均匀排列有关，使得动物在咬东西时能够均匀分配咬合力。不过同样的特性，有朝一日也可用到人造工具上。



研究配图 - 1：蚂蚁口器元素分布图

美国能源部太平洋西北国家实验室的高级研究科学家 Arun Devaraj，在周三发表于《科学报告》杂志上的一项研究中，详细介绍了有关蚂蚁口器成分研究的论文。



研究配图 - 2：样品属性测量图像

Arun Devaraj 称：“均匀分布是它的基础秘诀，且蚂蚁口器甚至可在不划破人类皮肤的情况下进行切割 —— 而我们甚至难以用自己的牙齿做到这一点”。



研究配图 - 3：硬度 / 弹性模量比较

为深入了解大自然的秘密，研究人员首先分离出了蚂蚁口器的一小块。蚂蚁在弯曲的外下颌骨（或下颌）上有两颗牙齿，有时甚至更多颗。



研究配图 - 4：机械测试结果

然后借助原子探针断层扫描这项逆向分析技术，研究人员得以精确描绘出物体内每个原子的所在位置。拿到这些信息后，你就可以重建物体的 3D 模型，只是这次用到了原子的识别上。



研究配图 - 5：材料特性图表

研究人员惊奇地发现，锌原子在蚂蚁口器中起到了重要作用。而带来蚂蚁咬伤“刺痛感”的本质，更是可以归咎于它以极其均匀的方式来分布，而不是簇拥成团。



研究配图 - 6：蚂蚁下颌牙齿中，Zn-HEB 的原子探针断层扫描数据。

正因这项均匀分布的原子特性，蚂蚁在拥有强大咬合力的同时，实际上也只需用到大约 10~20% 的锌元素。此外如果与人类牙齿类似，蚂蚁就只能使出大约 60% 的力。



研究配图 - 7：与其它含有 HEB 工具的节肢动物的对比（比如蟹钳）

Arun Devaraj 总结道：“此前，我们已研究过蝎子与蜘蛛的蜇伤。受这些材料的启发，未来的有机和无机化学家们，将能够合成更加坚固的材料”。 阅读原文