近日，手机百家乐网址大全 赵子龙教授及其合作者在固体力学国际顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》发表论文《Parthenocissus tricuspidata tendril: A mechanically robust structural design with multiple functions》，揭示爬山虎卷须几何形貌与力学性质之间的内在联系，发现渐窄的吸盘分布与曲折的主轴构型使卷须具备了综合优异的力学性质——爬山虎卷须在获得高稳健性、承载能力、材料使用效率的同时，还表现出对缺陷的不敏感性。这项工作加深了对相关自然现象的理解，在高性能悬索系统的仿生设计等方面有潜在的应用价值；更重要的是，这项研究激发人们从新的角度思考自然造物的规律与要义。

经过漫长的自然选择，动植物进化出了精细的结构与巧妙的策略，以获得优异的力学性质与多样的生物功能。生物结构不仅能够适应变化的外部环境，还能容忍不确定的内部缺陷。这些特性在工程实践中有重要的应用。爬山虎的卷须凭借其末端的吸盘可以牢牢地附着在树木、墙壁等不同物体的表面。爬山虎的生长方向不断变化，这要求它们的吸盘能够承受不同方向的外载。由于一些不确定的因素，卷须的吸盘或小枝时有破损；带有缺陷的卷须依然能够起到很好的支撑作用。赵子龙等注意到了这些有趣的现象。通过开展系统的实验与理论研究，他们揭示了爬山虎卷须独特形貌之下的力学设计机理。

图1 爬山虎。（a）藤蔓，（b）卷须，（c）吸盘、节点及小枝的编号。

一株爬山虎有多个卷须（图1）。如图2所示，赵子龙等通过测量发现爬山虎卷须沿其生长方向逐渐变窄，其主脉呈现曲折的构型。

图2 爬山虎的形貌测量。（a）吸盘的分布，（b）主脉节点的分布。

图3 典型卷须结构的力学性能分析及对比

研究者们构造了九种典型的卷须结构。图3对比了它们的力学性能。通过统计外力沿不同方向作用时参与承载的小枝的数量，评估结构的承载范围（三角形上顶点）。通过考察不同工况下卷须的等效刚度，衡量结构的承载能力（三角形左下顶点）。通过分析卷须各小枝应力的差异，计算结构的承载效率（三角形右下顶点）。图3d、3e中的结构能兼顾两个方面的性能，但却在承载效率方面有所欠缺。图3h、3i中的结构在某一方面具有十分优异的力学性能，但在其他方面却表现平平。纵观图中所有构型，仅有图3a中的结构综合表现优异；而该结构正是唯一一个由真实卷须简化而来的构型。

进一步，研究者们发展带约束多目标优化方法，发现最优化的卷须结构与图3a中的真实构型十分接近。

图4 卷须结构三种性能的平衡

木桶能装多少水，取决于它最短的那块木板。自然造物亦是如此——如何利用好有限的材料，发挥出最大的功效，平衡各方面因素是关键。对卷须而言，渐宽的吸盘分布（图4b）、非曲折的主轴构型（图4c）都会导致力学性能的失衡，并非上策。过分突出某些方面的性能，往往需要以牺牲其他性能为代价。如图4a所示，真实的结构在稳健性、承载能力、材料使用效率等多个方面都有出色的表现，这才是爬山虎卷须力学设计的要义。

此外，研究者们通过计算发现，当吸盘或小枝部分缺失时，真实卷须的结构刚度并不会显著降低，这体现出它们对缺陷的不敏感性。此种特性亦是动植物在自然界中的生存之道。

论文第一作者为手机百家乐网址大全 博士研究生周金辉，北航为论文第一通讯单位。通讯作者为手机百家乐网址大全 赵子龙教授（个人主页：//shi.baccurl.com/zzl/zh_CN/index.htm）。赵子龙是国家级青年人才、澳大利亚国家优秀青年人才、北航青年拔尖人才、国际著名SCI期刊《Eng. Fract. Mech.》编委、国自然基金委评审专家、教育部评审专家、航空航天与控制工程国际学术会议大会主席（2024）、应用力学与机械工程国际学术会议大会主席（2025）。他的主要研究方向是固体力学、生物力学和结构拓扑设计。论文合作者包括手机百家乐网址大全 孙玉鑫副教授，以及清华大学冯西桥教授（国家级领军人才、中国力学学会副理事长）等。论文原文链接如下，敬请关注：

//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022509625000419