啄木鸟颅骨及颌骨的材料学特征在头部抗冲击性中的作用

大斑啄木鸟和蒙古百灵鸟的颅骨与颌骨部位扫描电镜观测图片 (a)大斑啄木鸟颅骨(b)蒙古百灵鸟颅骨(c)大斑啄木鸟颌骨(d)蒙古百灵鸟颌骨

头部冲击性损伤多发于汽车碰撞、航空救生及体育运动中，其危害性大，伤后致死、致残率高达68%，且近年来年轻人头部冲击性损伤发生率日渐增长。然而，自然界中的“森林医生”啄木鸟，每天啄木次数高达12000次，啄木最大速度达到623~749cm/s，最大加速度达634~2170g，如此高频、高加速度的冲击行为却没有导致冲击性脑损伤。因此，探索啄木鸟头部抗冲击性损伤的机理对于高速冲击环境中人体冲击性损伤机理的深入认识及相应的防护措施和工程仿生材料及装备设计具有参考价值，此外，对于降低交通事故中伤亡率等具有重要的科学意义。

由北京航空航天大学生物与科学工程学院樊瑜波教授担任通讯作者撰写的《啄木鸟颅骨及颌骨的材料学特征在头部抗冲击性中的作用》一文从材料学角度初步观察了大斑啄木鸟颅骨及颌骨的材料学特征，该文发表在《中国科学：生命科学》2012年第3期上。

这一研究的创新之处在于首次通过材料力学测试、显微结构观察及组成成分分析等方法研究了大斑啄木鸟颅骨和颌骨部位的材料学特征，并与其体形相近的蒙古百灵鸟做了对照性研究（如图）。研究结果表明，大斑啄木鸟具有独特的骨微观结构、成分组成及力学特性, 它在长期啄木过程中适应了高频、高加速度冲击环境, 并且其头部骨微观结构和力学性能达到了最优化设计。本研究提示, 啄木鸟骨材料学特征的特殊性在其头部抗冲击性中发挥了重要作用，为抗冲击性仿生材料的设计提供了线索.该研究得到了国家自然科学基金资助项目(批准号: 10925208，11120101001)资助。

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