弗莱堡生物学家Anna Westermeier博士,Max Mylo博士,Thomas Speck博士和Simon Poppinga博士教授以及斯图加特结构工程师Renate Sachse和Manfred Bischoff教授表明,食肉植物的陷阱处于机械预应力之下。此外,它的每个叶的三个组织层必须按照特殊的模式变形。该团队在该杂志上发表了他们的研究结果美国国家科学院院刊美国。
捕蝇草的食物主要是爬行昆虫。当动物在大约20秒内两次触摸陷阱内的感应毛时,陷阱就会自动关闭。诸如陷阱如何感知猎物,以及如何区分落入陷阱的雨滴和潜在猎物等方面,科学家们已经很清楚了。然而,圈闭的精确变形过程在很大程度上仍然未知。
为了更好地理解这些过程,研究人员使用数字3D图像相关方法分析了陷阱的内外表面。科学家通常使用这些方法来检查技术材料。利用这些结果,研究小组在有限元模拟中构建了几个虚拟陷阱,这些陷阱在组织层的设置和层的机械行为上有所不同。
只有处于预应力下的数字陷阱显示出典型的断裂。研究小组通过对真实植物的脱水测试证实了这一观察结果:只有水充足的陷阱才能通过释放这种预应力而快速正确地关闭。给植物浇水改变了细胞内的压力,从而改变了组织的行为。为了正确闭合,捕集器还必须由三层组织组成:内层收缩,外层膨胀,以及中性的中间层。
Speck和Mylo是弗莱堡大学生活,自适应和能源自主材料系统(livMatS)卓越集群的成员。捕蝇草是由该集群的研究人员开发的人造材料制成的仿生演示器的模型。科学家们用它来测试具有类生命特征的材料系统的潜在用途:系统适应环境的变化,并从这种环境中收集必要的能量。
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