科学家受骨骼启发创造全新结构 或能延长材料的使用寿命

骨骼的格状内部结构通常由垂直的板状支柱网络以及在它们之间延伸的较细的水平杆状支柱网络组成。当骨头一次全部承受一个单一的重负荷时，很大程度上取决于垂直支柱的密度来决定它是否会断裂。以前，人们曾认为水平支柱对骨强度的影响很小。

然而，利用计算机模型，康奈尔大学的研究人员最近发现，水平支柱的密度越高，骨头在断裂之前随时间推移所承受的较小载荷循环的数量就越多 –这就是其长期疲劳寿命。

首席科学家Christopher J. Hernandez表示：“如果考虑某物可以承受多少个低振幅负载，那么这些小的横向倾斜支柱就很重要。当人们衰老时，他们首先会失去这些水平支柱，从而增加了骨骼因多个周期性载荷而断裂的可能性。”

为了对计算机模型数据进行物理测试，研究人员以3D方式打印了多种受骨骼启发的聚氨酯聚合物材料的样品，然后对其进行了反复的加载循环。发现通过增加水平支柱的厚度，材料的疲劳寿命可以增加多达100倍。

现在该团队希望他们的发现可以启发人造材料，这些材料在其整个使用寿命中能够更好地承受多种载荷。Hernandez指出，航空航天材料就是一个很好的例子，他表示：“飞机机翼在每次飞行中都会承受数千次载荷。”

这项研究在最近发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中进行了描述。该研究还可能有助于指导退行性骨疾病的治疗方法的开发。