羽毛、细丝和物理学：科学家研究鸟巢的力学

事实证明，一些最好的工程是由鸟类的大脑完成的。

也就是说，鸟类的工程壮举让人类的大脑感到困惑，它们用树枝、树叶、草、石头和杂物组成的精致而有弹性的巢穴，以物理学家几乎没有开始理解的方式，更不用说模仿了。

这就是为什么实验软物质物理学家、高分子科学和生物学助理教授亨特·金博士从美国国家科学基金会（NSF）的民用、机械和制造创新部门获得了为期三年、26万美元的资助，用于研究无序、随机排列的弹性细丝或类似树枝的细长杆的集体机械相互作用。了解这些复杂的相互作用可能会导致土木工程和建筑、交通和先进制造业的创新。

 

在提交给美国国家科学基金会的摘要中，King和他来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（Illinois）的合作者解释说，鸟巢“可靠地保持其形状免受各种机械扰动……是几何、弹性和摩擦之间微妙相互作用的结果，尽管它在建筑、包装、自我修复、冲击吸收和材料可重复使用方面具有潜力，但尚未被表征或建模。”

“理想包装材料”

例如，在新兴的“掷骰子建筑”（来自拉丁语“骰子”）领域，颗粒状材料——类似于巢的组成部分——被倒入模具中，直到它们挤在一起形成结构稳定、承重的形式，比如拱门。此外，King补充说，鸟巢重量轻，柔软，灵活，减震，但由坚硬耐用的部件组成-这些特性是理想的包装材料。

他说：“如果这些原则可以应用到运输物品的包装上，你就可以使包装材料符合它应该容纳的东西的形状，就像你把一些易碎的东西放在一个窝里一样。”“如果我们能够理解这种集体材料的减震行为是如何工作的，我们就可以操纵它来适应不同的几何形状。在某种程度上，这就是鸟类所做的。它们会形成一种形状，可以吸收某些扰动，并把鸡蛋放在中间。”

为了更好地理解这些原理，国王学院的研究生助理尼古拉斯·韦纳（Nicholas Weiner）正在进行一系列协调的物理和计算实验，以分析无序、随机堆积的细丝在压力、震动和其他扰动下的行为。他希望描述这种行为的特征，并与伊利诺伊大学的合作者协调，后者将试图通过计算机模拟来复制他的发现。

King是UA仿生学研究与创新中心的一员，该中心是一个跨学科的研究中心，致力于从自然中获得创新灵感。他还计划亲自观察这些长着羽毛的物理学家，他们在树栖实验室里辛勤工作。他希望与阿克伦动物园合作，安装摄像机，记录鸟类的工作情况。

他说：“我们希望看到有证据表明，有一种特定的协议被用于实现这一目标。”“很可能有一种内在的直觉依赖于这些我们还无法明确指出的东西。”

然而，其中一些事情远远超出了他目前研究的范围。

“很多这样的巢穴比我们真正愿意考虑的要复杂得多，”他说。在其中一些地方，鸟儿会打正式的结。……那是另一回事。”

媒体联系：Lisa Craig， 330-972-7429或lmc91@uakron.edu。