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　　近期，北京理工大學宇航學院教師張凱講師與北京大學工學院力學系王建祥教授和英國卡迪夫大學工學院(Cardiff University)Bhushan Karihaloo教授合作，利用簡單的力學模型揭示了天然蜜蜂窩六邊形結構的形成機理。

 

　　這一研究成果形成的論文《Honeybee combs: How the circular cells transform into rounded hexagons (天然蜂窩：如何由圓形轉變成圓角六邊形) 》已經在《Journal of the Royal Society Interface》(英國皇家學會界面雜志)上發表，同時這一有趣的研究成果還被《自然》、《探索》、《生命科學》等網站轉載、澳洲廣播公司網站、美國《赫芬頓郵報》、《未來》網站等國際媒體進行了廣泛報道。
 

　　天然蜜蜂蜂窩具有完美的六邊形結構，是自然界中最神奇的結構之一，已被證實該六邊形結構最大程度地節省了蜜蜂的勞力和蜂蠟。蜂窩如果呈圓形或八角形結構，會出現空隙；如果呈三角形或四角形結構，面積又會減小，而六邊形無疑是“經濟效益”最好的形狀，蜜蜂利用最少的材料建造出了最寬敞的居住空間，彰顯了大自然的神奇之處。然而，迄今為止，對于蜜蜂建造完美六邊形結構的過程分析和實驗觀測還尚處空白。
 

　　宇航學院張凱講師與其合作者，經過長時間的觀察記錄，發現蜂種較優的意大利蜜蜂在建造蜂窩時并非直接建造成六邊形，而是首先建造圓形截面的蜂窩孔，這些圓孔堆積成常規的六方陣列，慢慢地，隨著蜂窩孔深度的增加，蜂窩孔才逐漸地由圓形轉化成六邊形。
 

　　而這一有趣的過程，還與蜜蜂的生物行為有關。蜂房中，蜜蜂的胸部溫度可以超過40攝氏度。在該溫度下，蜂蠟將變成無定形的塑性狀態，使得在相鄰孔的孔壁接觸點處形成彎面液橋，正是該液橋的作用下，孔壁內產生拉應力，使得蜂窩孔形成圓角六邊形。之后，隨著時間的增加，蜂窩孔壁接觸面積逐漸增加，相鄰蜂窩孔的孔壁逐漸熔合，最終形成表面精細、結構對稱的六邊形結構。
 

 

 

　　上圖展現了“變形”前后的天然蜂窩中單個蜂窩孔的幾何構型，圖（A）展示的是建造過程中呈圓形的蜂窩孔；圖（B）展示的則是建造好的呈完美六邊形的蜂窩孔，比例尺為2mm。

　　為了驗證這一“華麗轉身”的科學過程，張凱講師等研究者利用圓形截面的塑料吸管模擬蜂窩孔的六方陣列排布制作簡易模型，讓其均勻受熱，通過實驗驗證了蜂窩孔可由圓形轉變為六邊形的科學結論。而六邊形蜂窩多孔材料具有較輕的重量、優良的力學性能、較高的材料的可靠性和穩定性，正是這些突出的特性使其在航空航天等工業領域中得到了廣泛運用。
 

　　對自然現象的科學研究，揭示天然蜂窩六邊形結構的機理，對于開展新型蜂窩材料及新型蜂窩結構技術的研究起到了積極的推動作用，對這一領域的深化研究有著特殊的基礎意義，將為制造航空復合材料和蜂窩夾層結構技術上的研究提供新思路、新方法，能夠更好的滿足航天等領域對多品種、多規格蜂窩材料的需求。