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如果你和啄木鳥比撞頭，啄木鳥一定會贏

作者：change?  於 2024-3-31 15:43 發表於 最熱鬧的華人社交網路--貝殼村

通用分類:花鳥魚寵



Why Don't Woodpeckers Get Brain Damage? Research Presents an Intriguing New Hypothesis : ScienceAlert

 這是因為啄木鳥具有驚人的能力，可以承受高速啄食對頭部的巨大打擊，而不會造成腦損傷。

Do Woodpeckers Get Concussions? | Let's Talk Science
啄木鳥是以頭部攻擊樹木以獲取食物為生的鳥類，其嘴部足以咬開樹皮並用舌頭取出昆蟲等食物。啄木鳥的嘴部和頸部都非常堅實，能夠承受每分鐘達1000次的頭部撞擊。這樣的攻擊能力實際上已經超出了啄木鳥的自身需要，那麼為什麼啄木鳥會有如此強大的頭部攻擊力呢？

研究表明，啄木鳥的頭部結構和腦部組織有著非常複雜的適應性。啄木鳥的頭部骨骼非常堅實，頭骨和鳥嘴之間帶有彈性的緩衝層，能夠減少頭部碰撞時的衝擊力。啄木鳥的腦部也演化出了許多獨特的特徵，比如頸動脈的擴張和腦室增大，這些特徵共同作用起來，能夠在啄木鳥撞擊時減少腦部受到的傷害，保護其腦部健康。
Why don't woodpeckers get concussions? They bang their heads on trees daily and their equilibrium seems unaffected. - Quora

「眾所周知，啄木鳥會以每秒 18 至 22 次的速度敲擊樹木的堅硬木質表面，減速度為 1200 克，但沒有出現昏厥或腦損傷的跡象。」(「A woodpecker is known to drum the hard woody surface of a tree at a rate of 18 to 22 times per second with a deceleration of 1200 g, yet with no sign of blackout or brain damage.」)

對一些人來說，這提出了一個問題：「鳥兒如何用喙反覆撞擊一棵樹而不造成腦損傷？」

加州大學伯克利分校分子細胞生物力學實驗室和機械工程系的一個研究小組是最早對鳥類非凡才能進行實驗研究的研究小組之一，旨在開發受啄木鳥啟發的新型減震材料 。

Golden-fronted Woodpecker - eBird
金額啄木鳥 Melanerpes aurifrons (golden-fronted woodpecker)


「在這項分析中，利用 X 射線計算機斷層掃描圖像探索了金額啄木鳥 Melanerpes aurifrons 的頭部結構（喙、舌骨、海綿骨和帶有腦脊液的顱骨），其減震機制是 用機械振動模型和經驗方法進行分析。」
根據分析，研究小組隨後創建了啄木鳥減震海綿骨的仿生類似物。 這種名為 BIRD II 的新材料在某些方面與鳥骨相似（儘管截然不同），由緊密堆積的二氧化硅微球組成。 通過向安裝在 BIRD II 樣品上的電子晶元發射 60 毫米氣槍彈丸來測試其潛在的減震性能。 新結構表現非常出色，在 60,000 g 的極高衝擊水平下，電子設備的故障率降低至僅 0.7%。


幾十年來，這種能力一直讓科學家們著迷，而且這種興趣不僅僅是學術上的。 如果人類能夠複製啄木鳥令人印象深刻的抗震機制，我們就可以極大地提高汽車或飛機等車輛的安全功能，這些車輛在發生碰撞時可能是致命的。 科學家們很早就意識到啄木鳥的頭骨與其他鳥類不同，但直到現在，他們對啄木鳥的解剖結構實際上如何保護其大腦的了解還很有限。

新的研究使我們離解開這個秘密又近了一步。 中國大連理工大學的研究人員使用計算機斷層掃描（CT）掃描現實生活中的啄木鳥，構建了其身體的詳細數字模型。 然後他們使用軟體模擬鳥類的啄食過程，該過程可以迫使啄木鳥的頭部承受高達 1500 克力單位。 為了進行比較，乘坐典型過山車的乘客只會承受大約 5 克的重量。
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這項發表在《科學中國：技術科學》上的研究表明，啄木鳥生存的關鍵在於它如何轉換吸收的能量。 當啄木鳥撞擊樹木時，衝擊能（碰撞過程中釋放的能量）會轉化為體內的應變能。 頭部壓力過大可能會造成災難性的後果，但啄木鳥令人難以置信的解剖結構（包括專門的喙和頭骨）將大部分壓力轉移到身體的其他部位，而不是頭部。

事實上，99.7%的應變能在啄木鳥的身體中轉化，只有0.3%在頭部轉化。 這種少量的應變很快就會以熱量的形式從頭部消散。 這個過程可以保護大腦免受損傷，但會導致頭骨內的溫度迅速升高，這意味著啄木鳥在啄食時必須經常休息。 通過這種方式，啄木鳥的整個身體都參與到保護大腦免受損傷的戰鬥中。

了解這種能量耗散技術對於工程師來說非常重要，尤其是那些從事交通運輸工作的工程師。 對世界上最耐碰撞的動物之一的更多了解可以幫助人類在未來建立更好的安全設施。
Woodpecker's head inspires shock absorbers | New Scientist
因此，下次當啄木鳥用敲擊聲吵醒您時，請記住，有一天它可能會拯救您的生命。

Woodpecker Head Bangs Communicate Info | Scientific American
啄木鳥如何敲擊而不損傷大腦
啄木鳥保護頭部的能力可能有助於工程師製造更安全的汽車






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