每当看到鸟儿穿梭树林,雄鹰翱翔天空,你在想什么?你是否曾经想象自己像鸟儿一样,摆脱重力的束缚,在天空中寻找自由的海洋?那么,问题来了,为什么鸟儿可以飞翔?其实,幼儿园的小朋友都知道,那是因为鸟儿有翅膀。鸟儿翅膀是由羽毛组成的,但是什么造就了其长时间飞行,抵御风吹雨淋,甚至丛林钩挂的能力呢?

  羽毛的级联滑锁系统的简化功能模型:当受到外力时,钩子的带状部分被拉直,钩子勾在滑道羽小枝的卷曲边缘上(图i)。随着外力的逐渐增大,钩子以卷曲边缘为滑道,往端部滑动,并且羽小枝也逐渐弯曲变形(图ii)。当力逐渐增大,羽小枝弯曲程度达到一定值时,钩子滑到滑道端部的背刺位置并与背刺形成互锁结构(图iii)。由于背刺改变了滑道的方向,阻碍了钩子因继续滑动而从滑道羽小枝上滑离。若想钩子从滑道上滑离,则需要增加外拉力,使得带钩羽小枝和滑道羽小枝继续弯曲变形,当弯曲程度超过某个阈值时,钩子和背刺的互锁结构被打开,钩子从滑道上滑离或勾在后面的背刺上重复这个过程,直至离开(图iv-vi)。如果在钩子离开滑道之前,外力消失,钩子则会由于羽枝的回弹力回到接近初始位置(图v-i)。

  至此,羽毛的精细结构已被清楚阐述,级联滑锁结构模型也被提出,并合理解释了羽毛的抗撕裂能力和超耐久性。这种级联滑锁结构模型为进一步人造羽毛的制备提供了新思路,使人们的飞翔梦想更进一步。