今日消息 波恩大学的研究人员开发了一种昆虫咬合力传感器系统

昆虫能咬多硬的东西？强大的咀嚼能力使它能够更简单地打破更坚硬的食物并击败对手。来自波恩大学生物系的研究人员们开发了测量小动物咬合力的forceX移动系统以及分析数据的forceR软件。这使得理解咬合力的演变成为可能，如昆虫的咬合力。这些结果最近发表在《Methods in Ecology and Evolution》上。

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科学家手掌中的螳螂蠕动了一下。这只昆虫通过咬住两块金属板来保护自己，当它接近传感器时金属板将压力传递给压电晶体。一个放大器将晶体产生的电压（取决于负载）传输到一台笔记本电脑。在屏幕上，可以看到许多曲线，其中一些曲线抽搐着突然攀升并达到一个高原，然后回落到零。根据昆虫达到它可能咬人的最大力量的速度，上升和下降有时可能更平缓。

几乎没有任何关于咬合力的数据

波恩大学进化生物学和生态学研究所的博士生Peter T. Rühr说道：“目前几乎没有任何关于昆虫咬合力的数据。”通过他们的传感器系统forceX，研究人员希望调查昆虫的下颚、肌肉组织和头部形状是如何进化以应对各自环境的挑战的。Rühr表示：“能够用力咬人可能并不总是有利的，因为保持强有力的咬人能力需要更高的能量成本。咬合力可能取决于，如昆虫以什么食物为食或它是否需要下颌骨来保护自己。”

由欧洲研究理事会(ERC)授予起始资助的Alexander Blanke教授博士领导的研究小组在现有的测量咬合力的系统基础上进行了改进。

为了确定被研究昆虫的下颚是否在适当的区域跟传感器的金属板接触，波恩大学的研究人员采用了一个立体显微镜，它类似于一个强大的放大镜。顶板使用一个摇杆将力传递给传感器，而底板保持静止不动。

可以根据下颌骨的大小灵活调整

“根据下颌骨的大小和开口角度，我们使用不同大小、可互换的咬合板，”Rühr解说道，“这使得传感器可以在一个相对宽的范围内进行调整以满足动物的特殊要求。整个系统由电池供电，因此可用于移动测量--甚至在‘野外’。”

对于蜇人的昆虫，研究人员使用了一个由塑料制成的支架。这些动物完全消失在小瓶中，只有带有口器的头部从前面的一个小孔中伸出来。 Rühr指出：“这使我们能更好地定位昆虫，而不必用手握住它们。”通常情况下，这些动物在咬人之前不需要太多的劝说。它们在陌生的环境中感到不自在并以防御性的咬合进行反击。如果这种本能行为未能实现，研究人员会用一把精致的刷子抚摸昆虫的头部。

测量的高度准确性

在发表在《Methods in Ecology and Evolution》的文章中，研究人员确定了该系统的准确性。他们通过将不同的重量（从一克到几乎一公斤不等）附加到可移动的金属板上来实现这一点。他们总共进行了1600次的测试，结果显示测量之间的偏差最大为2.2%。Rühr说道：“这是非常准确的。”该系统还可用于测量如蝎子或螃蟹爪子的力量。

Rühr和Blanke在科隆大学期间建造了这个系统，部分是跟当地的精密工程车间合作。在波恩大学，他们进一步优化了该系统并进行了精度测量。该手稿还描述了新的forceR软件，它可以被用来评估和比较咬合力值和咬合曲线的形状。研究人员不希望将咬合力传感器系统推向市场。Rühr说道：“相反，‘生态学和进化方法’中提出的结果为复制提供了基础。该传感器的基本部件甚至可以用3D打印机复制。”