在美国新英格兰地区，尤其是缅因州（Maine），以一种外观奇特的美味而著称：龙虾。这种甲壳动物最引人注意的特征之一就是他们拥有极强而且灵活的下腹部，麻省理工学院（MIT）的一组研究人员正在计划以此为灵感开发一种新型防弹衣。
在海的底部，但非食物链的末端
如果你曾经享受过水煮龙虾晚餐的乐趣，那么你就会知道，撬开龙虾的钳子和外壳可能会有些困难，因为它通常需要复杂的开裂方式和其他辅助工具。这种壳在煮熟时会变成红色，有时是蓝色，它可以保护龙虾免受水下掠食者的侵害。
把龙虾翻转并颠倒过来，你会发现它的尾巴的下面是一层清晰的、薄薄的壳。这层壳可能看起来很脆弱并且细腻，但实际上却非常坚固、强韧和灵活。薄薄的一层能保护龙虾在沿海底爬行时，其身体可免受沙尘、岩石和贝壳的侵蚀，也避免了捕食者和那些讨厌的陷阱。同时，它也是一种具有柔韧性和弹性的膜，这一点从龙虾能够任意转动尾巴抵御外侵的能力中得到证明。
这种包含 90％ 的水和约 10％ 的纤维质几丁质的水凝胶所组成的膜激起了MIT一个研究团队的兴趣（该研究团队与四川大学、哈佛大学的研究人员合作），旨在设计一种新型的、兼具灵活性和保护性的军事防弹衣。他们在 2019 年 4 月的Acta Biomaterialia上发表了一篇题为Natural hydrogel in American lobster: A soft armor with high toughness and strength的论文。尽管这里讨论的研究人员可能使用了其他软件，但我们也可以使用 COMSOL Multiphysics®进行此进行研究。
龙虾壳的生物力学分析
研究人员首先在柔性膜上进行了各种力学实验。一个有趣的发现是：该膜可以承受剧烈的拉伸和割伤（如沙粒或贝壳碎片）而不会破裂。
该研究团队使用电子显微镜在极端尺度上检查了龙虾柔性膜，发现了另一个有价值的功能：它的外壳与胶合板类似。龙虾柔性膜虽然长度仅为 0.25 毫米，却包含了 10,000 多层几丁质材料。每个单层中的几丁质纤维与其上层成 36° 角。这种特殊的复合结构使这种膜特别坚固，而其所吸收的大量的水对它强大的柔韧性有帮助。
除了新型防弹衣外，该研究团队还预测，研究龙虾的腹膜可能会为软体机器人技术和生物工程学的创新奠定基础。
研究多层结构（例如龙虾的甲壳质膜）的一种可能性是使用复合材料建模。
拓展阅读
- 从麻省理工学院的新闻报道中了解有关龙虾壳研究的更多信息：“龙虾的腹部与工业用橡胶一样坚韧”
- 了解复合材料建模
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