了解仿生学和了解丝绸的韧性由几个动物如闪蝶和蚕,还研究明亮,彩虹色的蓝色大闪蝶的蝴蝶



成绩单

旁白:蓝色大闪蝶的翅膀鳞片,最闪光的蝴蝶之一。什么有用的东西可以从现象,科学家和工程师学习生产这个颜色吗?或者,我们可以通过分析得出科学结论蚕和丝绸生产吗?和飞蛾和蝴蝶的飞行行为能教我们吗?科学解决诸如此类的问题称为仿生,是研究生物的应用原则和工程系统的设计。这种方法还允许新的发展领域的技术出现,医学和设计。英国是其中一个主要国家关于蝴蝶和飞蛾的仿生分析。最重要的一个研究中心是牛津。大学悠久的历史和声誉是世界上最好的大学之一,吸引了许多国际研究人员到牛津。其中一个是教授,Fritz Vollrath牛津丝绸集团的创始人。 Vollrath heads a multi-disciplinary team of scientists.

FRITZ VOLLRATH:“丝绸集团的目标的最终目的,是要找出丝是如何工作的,它的功能和动物如何使这种材料如此有效的和有效的。”

旁白:在自然界中,丝绸是由几种不同的动物。最著名的是蜘蛛和飞蛾。蜘蛛吐丝的旋转他们的网,拖丝茧。飞蛾和蝴蝶幼虫也结茧。蚕蛾茧的线程可以变成丝绸织物,和人类饲养他们为此约5000年。

这蚕旋转保护茧蛹化。然而,这个特殊的卡特彼勒将永远不会达到这个阶段。实验室工程师Bjoern Greving拉大约两公里的线程卡特彼勒为了分析丝绸。丝绸是由卡特彼勒的唾液腺分泌通过所谓的喷丝板头。一旦protein-containing液体与空气接触,它变硬成一个线程。电子显微镜显示更多关于这些轻飘飘的丝线。它允许丝绸的牛津大学科学家研究纳米复合材料结构,在谎言丝线的极端强硬的秘密。

VOLLRATH也指出:“这是一个有趣的材料,丝绸,因为它是一个高度结构化的与不同的构建块在纳米和纳米复合材料在纳米尺度上进行交互。所以你有硬块,和你有软块水晶块。和硬块给优势和软块给感性。他们一起给材料的韧性。”

旁白:丝绸的分子成分使它甚至比钢绳索和它仍然比许多现代塑料纤维更灵活。剑桥大学是牛津最大的竞争对手。另一个伟大的英国大学有800多年的历史了。它还校友中数量最多的诺贝尔奖获得者。大学的物理系进行了几年的仿生学研究涉及的蝴蝶。的研究团队是一个热带蝴蝶特别感兴趣。科学家们感兴趣的主要是如何产生它的颜色,在这种情况下,明亮,彩虹色的蓝色大闪蝶的蝴蝶。

有趣的结构色的蝴蝶是材料本身实际上没有任何颜色;它是完全透明的。研究人员使用一个模型我们感知的颜色是如何创建的。这些依赖于尺度的方式排列在多层光线以不同的方式折射。

把一小片蝴蝶翅膀高分辨率电子显微镜下显示这些无色多层的确切结构。这就是医生迈克。谢勒发现结构,结合光,使形体的。想象这几丁质结构看起来像一座建筑由一系列不同的微小的,透明的管子。每一个捕获和折射光线,导致不同的颜色取决于的光量和视角,尽管这些在电子显微镜下是不可见的。

科学家们在剑桥模拟结构的彩虹色颜色透明聚合物液体。离心机内,金属板是用聚合物涂层。塑料涂层颜色变化取决于它的厚度和视角。这种效应与颜色颜料但又不实现的交互结构和光线,模仿闪蝶。

回到牛津,在动物学研究所的一组科学家正在研究各种昆虫的飞行行为。今天,Richard Bomphrey博士正在研究烟草天蛾的飞行行为。一举一动这种动物是用高速摄像机以记录随后分析这个蛾的飞行性能。

理查德·BOMPHREY:“好吧,这是一个很好的序列。你可以看到下降飞行开始,它希望减缓其后裔工作很努力并增加了中风振幅的翅膀几乎一起鼓掌,有时一起做拍的顶部的一击。然后它设法逮捕血统,并开始再次攀升。年底,这里你可以看到它在向左转。”

旁白:研究者饲料飞蛾的飞行路径输入电脑,然后创建这样的图。同时也分析了昆虫的翅膀拍频。理查德Bomphrey究竟是希望从烟草天蛾和其他小传单吗?

BOMPHREY:“我的研究主要集中在不同昆虫的飞行性能信封。所以,他们能跑多快,他们可以把多紧,速度可以加快。和空气动力学机制使这成为可能。

旁白:风洞理查德Bomphrey和他的团队可以精确地观察出蛾在飞行的空气动力学机制。博士/ Henningsson准备烟草天蛾的风洞的性能。视频蛾的飞行性能在一个风洞,胸腔被附加到一个站,研究者只能研究翼解剖学和空气流的交互行为的细节,如果动物就是飞行。为了精确的执行和记录实验,斜纹夜蛾是暴露于激光。牛津大学研究小组目前也进行比较研究,他们分析了广泛不同的飞行昆虫的行为从苍蝇都到飞蛾,蝗虫和蜻蜓。

BOMPHREY:“我们可以学习,是趋势,通过这些组织运行,借给自己特定的任务。所以当你将其与生态联系起来你会发现一个大黄蜂尤其擅长解除沉重的负荷。而蝗虫尤其擅长旅行很长距离穿越沙漠罕见加油停止,这些类型的趋势,我们将能够适用于微型飞行器设计在机翼形状的未来,我们把特定于任务的机器上需要做的。”

旁白:在这些英国大学研究人员仍在一开始把他们的观察到可用的产品和应用程序中。非常不同的鳞翅类提供了一些想法的程度可用的技术解决方案。他们只是等待被发现的自然科学家通过近距离观察的技术完善了数十亿年。