OFWeek3D打印網訊：仿生科學家一直在研究自然界中超能現象，而且很多研究成果已應用的實際生活中。蜘蛛網一直是最讓人們著迷的生物結構之一。無論是其超高的強度性能（同等質量下，它比鋼更強）還是蛛網上呈現的復雜數學圖案，蜘蛛網都是不折不扣的最令人印象深刻的自然造物之一。如今，通過將計算機建模和力學分析相結合，麻省理工學院（MIT）的一個研究團隊開發出一種方法可以使用3D打印技術仿造蜘蛛網，以便于更好地研究它們。

　　該研究團隊近日發表在《自然（nature）》雜志上的一篇論文宣稱，他們發現了一種方法可以對3D打印的合成蜘蛛網進行結構優化以獲得高強度。這個研究團隊的負責人是MIT土木與環境工程（CEE）系的Marku Buehler教授，其他研究人員包括CEE研究科學家 Zhao Qin、哈佛大學Jennifer Lewis教授和前哈佛博士后Brett Compton。

　　這是世界上首次對此類結構進行系統性探索。”Buehler教授說。“我們正在以一種系統的、可重復的方式尋求擴大我們對于天然織物功能方面的了解。”

　　使用一種實驗裝置，該團隊使用金屬結構3D打印出合成蛛網，并且直接將他們的數據集成到模型里——其本質實際存在的蛛網結構與計算模型結合起來。

　　據哈佛大學教授Jennifer Lewis稱，這種3D打印模型為進一步研究網狀結構設計的影響、以及強度與破壞容忍度之間的關系提供了更多的機會與可能，而如果使用自然生成的蜘蛛網就根本不可能進行此類研究。

　　“蜘蛛絲是一種迷人的材料。”Lewis說。“但在此之前，蛛網體系結構的作用還沒有得到充分的了解。”Lewis的目標是找到一種類似于絲的那種具有均勻機械性能的可3D打印材料，用于研究蛛網在幾何方面的特性。

　　研究團隊發現在蛛網結構、蛛網節點（加載點）和失效機制之間存在顯著的關系，當整個蛛網上的材料分布改變時，蜘蛛就能根據預期的獵物更好地優化蛛網的強度。Buehler稱，這一發現對于人類世界的低密度、耐損傷材料的設計有很大的啟發。

　　此外，該實驗表明，擁有均勻螺紋直徑的蜘蛛網能夠更好地應對來自單點的力，類似于一只蒼蠅或蜜蜂撞在網上這種情況。而具有不均勻螺紋直徑的蛛網則更適于應對廣泛的壓力，比如雨滴或強風等。

　　這項研究工作對于探索在開發新型材料和結構時如何利用自然界中的設計是一個極好的示范。”美國東北大學機械和工業工程副教授Sandra Shefelbine說。

　　現在，在3D打印技術的幫助下，研究團隊已經摸索出一種測試蜘蛛網結構的可行方法。他們的下一個步驟將進一步使用受控的沖擊力和振動來模擬自然界的力量，以研究各種蜘蛛網結構的動態特性。

　　“生物材料和結構是工程學的最新前沿。”加州大學圣地亞哥分校機械和航空航天工程教授在加州大學圣地亞哥分校教授 Marc Meyers評論說。“Markus Buehler和他的團隊做出的顯著貢獻已經超越了了解自然的第一階段，并在制造仿生結構方面大步前進。”