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啄木鳥爲什麼不得腦震盪?說起這個問題,很多人的記憶都停留在童年閱讀的《十萬個爲什麼》上,但真能解釋清其中奧妙的,卻並沒有幾人。
然而,上個月,北京航空航天大學博士生王麗珍的論文成功發表在國際著名學術期刊《Plos one》(美國國家公共圖書館綜合版)上,對這個問題從學術的角度進行了解析,引起關注。
啄木鳥每天啄木1萬次
北京航空航天大學生物與醫學工程學院博士生王麗珍今天告訴記者,因爲自己的研究方向是生物力學和力學生物學,早在2008年,她就將博士論文定在研究人體損傷領域。
王麗珍的導師、北航生物與醫學工程學院院長樊瑜波提出:“對於腦部經常遭受衝擊的啄木鳥,爲什麼不把對它的研究和人體損傷結合起來?”在樊瑜波看來,啄木鳥啄樹給它頭部帶來的衝擊力,遠遠超過了各類事故中人類頭部所受的衝擊,並且這個過程它每天要重複10000次。
啄木鳥的“安然無恙”應該能給人類帶來很大啓示,通過對內部原因的探求,也可以更好地認識人體損傷時的生物力學機理,提高防護措施。
王麗珍採納了導師的建議,“啄木鳥爲什麼不得腦震盪”這個在小學便遇到的問題,最終成爲了她的博士畢業論文題目。
研究最終將轉化爲產品
經過數月研究,最終,王麗珍利用運動生物力學觀測、解剖形態學等方法全面分析了啄木鳥撞擊樹幹的過程後發現,啄木鳥頭部特殊的結構和材質有效地幫助它緩解了啄木給頭部帶來的衝擊力。
具體來說,下喙比上喙長、舌骨特殊、顱骨呈現海綿狀這三大特徵讓啄木鳥免受腦震盪之傷。
“對於啄木鳥頭部抗衝擊的生物力學機制的深入研究將有助於交通事故、航空救生等領域對人體頭部衝擊性損傷機制的認識及對防護措施、設備的改進。”樊瑜波說。
王麗珍表示,在今後的一兩年時間裏,她還將繼續該領域的研究。最終的目標是將這次對“啄木鳥”的研究成果形成具體的防護產品設計方案,與企業合作,投入實際生產中。(據《法制晚報》報道)
三大原因及其應用
-原因1:上下喙不等長
下喙承載部分比上喙長1.2毫米且更堅硬。
作用:撞擊時應力可集中於下顎,避免撞擊力傳導到腦部造成腦損傷。
應用:通過改變發生碰撞時交通設施的受力點,避免衝擊力被傳導到駕駛室等人員所在的位置。
-原因2:舌骨特殊
舌骨自喙下側開始,分左右岔繞到顱骨後側,並在前額前方再度交會。
作用:特殊的舌骨好像是“安全帶”,有效地避免了頸椎受傷風險。
應用:以此設計交通設施的座椅,達到保護乘客頸部和頭部的作用,避免在發生碰撞時頸椎受傷。
-原因3:顱骨有“彈性”
Micro-CT掃描顯示,啄木鳥顱骨有不同於其它鳥類的海綿狀的骨小樑,可使顱骨更有“彈性”。
作用:可有效地緩衝撞擊。
應用:啄木鳥顱骨特殊的密度結構,可應用於材料的設計製作上,使交通設施的材質更便於吸收衝擊力。
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