一項最新研究表明，蜘蛛網即使在建造的早期階段也可以抵抗拉伸以及捕獲獵物。

該研究于北京時間8月10日3時發布在國際知名學術期刊《美國科學院院報》（PNAS）上。論文標題為《In-situ three-dimensional spider web construction and mechanics》，研究者主要來自麻省理工學院原子和分子力學實驗室以及德國Tomás Saraceno工作室。通信作者為麻省理工學院土木與環境工程系教授Markus J. Buehler。

研究發現，蜘蛛網的主體結構是在建造過程中的前2天完成的，之后蜘蛛會通過框架內結構的有限擴展來加強現有網絡。此外，即使在建造過程的第1天，蛛網的特定位置也有機會捕獲獵物。

“蜘蛛網是自然界最神奇的材料之一——蛛絲具有很強的韌性和可擴展性。通過在蛛網中建造復雜的三維建筑，蛛絲的這些特性就被增強到能承受巨大環境影響的功能結構。蜘蛛網是蜘蛛身體的延伸。”Markus J. Buehler向澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者介紹選擇蜘蛛網為研究對象的原因。

論文表示，蜘蛛是自然界的工程師，它們能設計、建造、使用和維護質量輕、性能佳的“蛛網建筑”。事實上，蜘蛛可以產出多達8種具有不同特性和功能的絲，并創造出許多網絡結構——從簡單的T形網和典型的二維圓網到復雜的三維網（如漏斗狀網、纏結網等）。蜘蛛、蛛絲和蜘蛛網的復合體是一個自給自足、自我監控和自我修復的系統。

然而，人們對于建造中的蛛網（尤其是三維蛛網）的形狀和力學特征知之甚少。對于建造中的三維蜘蛛網的力學和生物特征的深入了解，能夠為耐用結實的和有彈性的纖維網絡、復雜材料、結構、腳手架和分層結構的自組裝策略提供靈感，并對3D 打印、藝術、建筑和工程應用產生啟發。

比如說，蜘蛛網一般只有很少的外部支撐。與人類的傳統建筑相比，如此龐大的結構將需要巨大的腳手架、大型建筑設備和很多工人。因此，了解蜘蛛網的建造能夠提高人類施工效率。

此項研究中，研究人員通過在蜘蛛網建造過程中進行成像、建模和模擬來研究蜘蛛網在建造的不同階段的結構和力學性能。Markus Buehler等人連續7天使用移動片光源和相機自動拍攝Tidarren sisyphoides蜘蛛建造的纏結網，并使用圖像處理算法將2D圖像轉換為3D模型。他們還對蛛網進行了拉伸模擬和彈丸撞擊模擬。

蜘蛛網的密度圖

研究發現，蜘蛛會在前面2天（共7天）建立蛛網形狀、強度和功能的基礎。之后，只是在初始框架內進行有限拓展來對現有的蛛網進行加固。經過7天的建造，蜘蛛網的密度達到3.56 × 10^?5 千克每立方米。事實上，蜘蛛網的密度從第0天到第1天增加了700%，從第1天到第2天增加了400%，從第2天到第3天僅增加了9%。

自然界中，附著在樹枝等移動支撐物上的蜘蛛網會不斷被拉伸。研究者研究建造階段，三維蛛網中一根蛛絲在拉伸下隨時間推移的機械性能。研究發現，在承受負載的蛛絲達到其失效的應力并斷裂后，負載會轉移到連接的蛛絲上，從而避免發生災難性故障。然后，蜘蛛可以通過拉索絲的非線性行為和蛛網的相互作用來定位缺陷，再修復缺陷以維持網絡功能。

研究還發現，蜘蛛網的強度隨著網的密度而增加。在網的堅固基礎上，蜘蛛會在接下來的日子增加網的密度，從而增加網的強度。

此外，研究發現蛛網可以有效地讓獵物減速，從而增加捕到獵物的概率。由于蛛網具有較多孔隙，大多數獵物會穿過網。但是，在蛛網的特定位置，即便蛛網才修建1天，蜘蛛也有機會捕到獵物。在蛛網構建的不同階段，讓獵物減速的位置會發生變化，這表明蜘蛛會調整結構（而結構的基礎保持不變）。

彈丸撞擊減速圖，表示撞擊蛛網之后的速度與撞擊時速度之比

論文表示，實驗裝置的進一步擴展可以激發可持續和彈性材料、建筑技術，以及具有藝術、建筑和工程應用的自組裝策略。增加蜘蛛網構建、監測與修復的知識，可以為具有自給自足、自我修復和自我監控能力的新型智能結構提供靈感。這些知識還可以通過與其他學科的創造性的合作來啟發藝術、設計和建筑（例如復雜和大規模的拉伸結構）。

“（這項研究的）一項應用是新材料設計。這項工作產生了新穎的由蛛網啟發（web-inspired）的3D打印材料。同時，也幫助我們實現新的3D打印方法。”Markus J. Buehler介紹道。

蜘蛛網的3D打印物理模型

“我們目前正在開發將蛛網用于建筑和材料工程中材料應用的新方法。”問及關于蜘蛛網的下一步研究計劃，Markus J. Buehler表示，“我們正在積極研究的另一個應用是可聽化（sonification）技術，即將蛛網作為樂器。我們已經通過蛛網創造了新的音樂，就像這里所展示的——蜘蛛網與毒液之交響樂。”