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通过工程师的眼光揭示竹子的秘密

佐藤教授以前曾被吸引到诸如隧道和碳纳米管的空心结构中,然后开始受到诸如竹子之类的天然圆柱体的吸引,并且比以往任何时候都更加积极地发掘出自然界仍然隐藏的潜力,这些潜力可能产生出色的设计。

竹子

工学部佐藤元浩教授

力学理论表明,空心圆柱形状和结构在面对外力时具有相对较低的稳定性,但是,竹子因其耐用性和轻便性而广为人知,早在很久以前就已广泛应用于日本的日常生活中。工学院的佐藤元浩教授对研究植物的生存机制有了新的发现。

研究人员说:“从理论上讲,机械透视认为空心和轻型物体(例如竹子)在外部压力下被压碎或弯曲的风险较高。”佐藤教授自从学生时代起就一直对空心物体保持长期兴趣,发现其长度变化如何单个竹节之间的空间分布有助于提高刚度。

竹子

竹子的空心空间散布着节点

佐藤教授详细阐述了这一发现:“当我们尝试考虑行李箱的围长和厚度时,我们才意识到,零件周围有更多的节点,具有更大的承受力。” 与根部和尖端周围的节点相比,节点之间的较大间隔似乎占主导地位。

不仅限于节间空间,显微镜探针还带来了另一个发现角度。极细但结实的竹纤维称为维管束,是纵向嵌入的。除了从根部吸收水分和养分外,这些纤维还可以作为植物的身体支撑。

“从竹子的横截面来看,我们观察到血管束如何向竹子的外侧积累更多。如果我们根据理论计算来比较数据,则无论横截面如何,血管束分布的水平始终与其所需的抗弯曲力水平平行。”研究人员解释说。这是通过将节之间的空间和维管束分布之间的距离考虑在内来对竹子的刚度和强度进行的第一个理论解释。

竹的维管束向外侧的密度更高

即使结束了本研究,佐藤教授也对建立更多的跨学科合作(例如与农业,物理学或化学领域的合作)产生了更大的兴趣,以通过探索竹子的结构及其潜力的发展为植物研究做出贡献。不管怎样,他观察到其他自然物体如何仍然隐藏着许多相似的杰出功能。

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