地理学与自然灾害杂志
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抽象的

自然界生物钩的功能生态学和力学特性

乔治·拉扎罗维茨

自然界中生物钩子的选择范围很广，那么我们如何努力将这个领域缩小到一个可管理的范围，可以进行分析和商业化，以便它们都具有可重复且对人类有价值的天然产品？我们转向古老的分支学进化理论，该理论利用一种简单的方法来区分生物体，即区分生物体并将其整合为集合的视觉结构。Nachtigal 为我们提供了一本关于连接机构类别的教科书，其中提供了许多连接器类似于人造设备的实例，从棘轮到铰链，但总是有两种结构，并且从来没有与这两种结构分开的第三种结构例如门上的铰链杆。重要的是要考虑现有技术的使用，以新的显微镜技术、计算机集成和新的分层制造技术（如 SEM（扫描电沉积电子显微镜）和生物打印）提供的新视角来看待这些示例。最终结果是所有可能的连接设备中最简单的，并且在考虑商业应用时不可避免地成为首选。生物材料的进步也意味着我们可以寻找更多具有更大多功能性的选择，从用羟基磷灰石处理的附着装置融合骨骼，到用于敏感的肠道壁和/或腹部的锚定装置，以及用于感应磁场的脑植入物。希望读者能像我一样喜欢这部作品，并承诺它将为技术的进步和即将到来的时代的生存开辟道路。钩子作为一种形状，在进化过程中很早就出现了。从化石记录来看，纤维素似乎是寒武纪的生物构件，并且在下颌骨、上颌骨和跗骨等几丁质生物体中也发现了钩子。SN Gorb 在四个物种中研究了与植物种子和果实传播相关的钩分离力。第五种，牛蒡子据称是乔治·德·梅斯特拉尔工程设计灵感的源泉。天然A.负钩的形状和功能与他设计和开发的概率紧固件有显着差异，即用于插入 A. 的针状轮廓，减去钩子、它们缺乏可重复使用性和它们的物理尺寸。在功能上，Velcro 类似于 Circaea luttiana，而不是 A. minus。通过对 SN Gorb 数据的研究，得出的结论是，还有结构行为的附加指标以及 Gorb 指示的形态变量，这些指标是轴的柔性与固定基础以及组件材料的弹性程度。天然基质特性表示钩子对一系列基质的接受能力。现场测试包括在实验室的 Instron 拉伸测试仪中安装 A. minus 钩进行拉伸测试，以记录复合生物材料特征的断裂强度和失效模式。研究表明，与戈尔布相反，尺寸的减小使得钩跨距产生的弯矩可以忽略不计并且影响很小。请注意，关于 A. minus 的早期原始植物学论文缺失，推测已从大英图书馆丢失，并且论文 III 中遵循有限元分析，论文 II 中进行了使用共焦显微镜的实验。结果表明，接触分离力与弯矩和钩子的“跨度”无关，这种缩放效应对于微米范围尺寸钩子的制造设计非常重要。高等植物利用多种传播媒介，如风、水、动物和人[1]。动物的传播被称为动物传播。种子或果实（称为水硬铝石，通常是果实而不是种子）通过附着在动物毛皮或羽毛上的传播被称为动物寄生。这种水硬铝石不会为它们所附着的动物提供有价值的营养，也不会主动吸引动物到亲本植物上。相反，它们具有特殊的结构，例如钩、倒刺、毛刺和刺或粘性分泌物，并且很容易从母体植物上分离。A. minus 通常被称为牛蒡，在英国各地都有发现，是蓟科的一员。众所周知，它是一种一年生有毒杂草，常见于小路和河岸边。它的高度约为 2 m，通常具有单个或多个主茎，并产生次生和三级分枝。在毛皮和羽毛中，水硬铝石可能会附着很长一段时间，直到动物将它们梳理掉或直到动物死亡。A。minus 在种子传播方面拥有天然的共生伙伴，这些伙伴是英国本土的野生动物和鸟类，如兔子、獾、狐狸、羊和鹿。A. minus 的水硬铝石适合通过机械联锁进行分散。就植物的生命周期而言，钩子在年初就开始发挥作用，在未成熟种子发育时充当防御机制。据观察，在这个阶段，将果实从支撑茎上取下所需的拉力最大。花冠或花明显位于果实的顶端，从由子房和周围的苞片组成的基杯突出。这种果实呈绿色，钩发达。随着果实成熟，花冠枯萎，然后消失。种子存在于子房内，当使用现已棕色且干燥的苞片钩将果实与其寄主植物分离时，果实的完全分解立即开始，从而释放出这些物质。每个苞片在其起源处变平，变得更窄以形成钩的轴。因此，戈尔布说，每个钩子都有一个单一的自由度，这会降低接触分离力并增加水果附着的倾向，因为弯曲的能力意味着细胞结构较弱和灵活，但在概率上附着的能力更强。方式。A. minus 的情况并非如此。当植物及其种子成熟时，整个植物会干燥并变脆。现在棕色果实及其所含成熟种子所需的支撑茎的分离力降低到远低于钩子断裂力的载荷，并且果实自由地附着在经过的寄主上。这是一次性附件。一旦果实接触地面，就可以等待发芽。由于其狭窄的轮廓，牛蒡钩还具有另一功能，即插入作用。它使钩子能够像针一样刺穿纤维表面，这可能是以后设计工作中的一个重要指标。即插入效应。它使钩子能够像针一样刺穿纤维表面，这可能是以后设计工作中的一个重要指标。即插入效应。它使钩子能够像针一样刺穿纤维表面，这可能是以后设计工作中的一个重要指标。