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啄木鸟捉虫影响人类的科技发展

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2019/04/21 11:10:27 来源:未知
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啄木鸟捉虫影响人类的科技发展


如今,我们的科技正在以不可思议的速度前进,进行改变我们的世界。但科技其实均是来源于我们的日常生活。举个非常简单的例子,我们就从啄木鸟觅食的现象中,领悟到了在剧烈冲击中,如何有效保护人类头部的科技,这对于宇航员、驾驶员、飞行员等极为重要。

啄木鸟

啄木鸟是一种森林益鸟,它为了从树皮下觅食,啄木鸟必须用它的长嘴反复地冲击树干。啄木鸟体长一般 20-40 厘米,但每日啄木重复 8000-12000 次,将喙部以 20 次/秒的频率用 1200g 的加速度(g 代表重力加速度)撞击树干,这相当于我们骑着自行车以 25.7 公里/小时的速度撞墙 。无需12000 次仅 1 次,我们就承受不了,即使无生命危险,也绝对会撞成脑震荡。但啄木鸟却安然无恙,依旧活泼啄木,这不得不令人震惊。

啄木冲击力

另外,啄木鸟的喙尖在找到小虫时会突然停止运动,此时,其头部遭受到的反作用力,约等于所受重力的 1000 倍,相当于宇航员乘火箭起飞所受压力的 250 倍。对人类而言,这种冲击是任何人都无法承受,哪怕是受过特殊训练的航天员。

啄木鸟

于是众多科学家开始研究啄木鸟啄木现象,以便从中得到启发,应用于减少人类脑部所遭受的冲击伤害。

经过多年的研究,终于发现啄木鸟防冲击的窍门:

啄木鸟

第一,啄木鸟拥有海绵状的厚头骨,它能像海绵一样保护大脑。

第二,啄木鸟在啄中树干前1毫秒,眼睛内的透明瞬膜会及时闭上,防止眼珠蹦出眼窝;同时肌肉收缩以缓冲冲量,使得撞击强力不经过大脑,直接传递于头骨底部与后部,用以保护大脑。

第三,在撞击木头后,啄木鸟的舌头会迅速地弹出以缓冲撞击。

啄木鸟舌头

第四,啄木鸟啄木并不是直线运动,而是旋转运动,整个身体都在承受冲击,而不是仅头部承受冲击。

啄木是曲线运动

第五,啄木鸟的大脑比较小,体积小的物体的表面积就相对较大 ,施加在上面的压力更容易被分散掉。所以,它对甚高的减速度的承受性比人强 10 倍。脑损伤的临界值比人脑大约高 300 倍。

根据这些原理,我们创造了许多与我们生活息息相关的科技。

比如,根据啄木鸟舌骨构造设计的汽车座椅,通过改变发生碰撞时交通设施的受力点,避免冲击力被传导到驾驶室等人员所在的位置。以此设计交通设施的座椅,可以起到保护乘客颈部和头部的作用,避免在发生碰撞时颈椎受伤。直至今日,我们依然是依靠这些科技原理来设计先进、安全的汽车座椅。

汽车座椅来源于啄木鸟

在航空、航天和军事用途的微电子器件方面,如启动安全气囊的传感器、电子陀螺和导弹的引信,其需要在高g冲击的环境下可靠地工作。依据啄木鸟脑部轻巧而冲击承受值高的原理,将这些电子器件设计的尽可能得小而轻,以提高它的抗冲击性能。同时,参照啄木鸟的头部结构设计功能类似于海绵状软骨的多孔材料层,用以衰减应力波和耗散冲击能量,对关键的微电子器件进行多重保护。

航天电子器件

总之,虽然啄木鸟啄木是一种很常见自然现象,但就是从这个小小的自然现象,我们得到无数减少冲击的机理。我们的科技均是来源于大自然,人类将其提取凝练,并以此科技来指导我们获取更好地生活。这才是科学技术最大的意义。