近日，凯发赵子龙教授及其合作者在固体力学国际顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》发表论文《Parthenocissus tricuspidata tendril: A mechanically robust structural design with multiple functions》，揭示爬山虎卷须几何形貌与力学性质之间的内在联系，发现渐窄的吸盘分布与曲折的主轴构型使卷须具备了综合优异的力学性质——爬山虎卷须在获得高稳健性、承载能力、材料使用效率的同时，还表现出对缺陷的不敏感性。这项工作加深了对相关自然现象的理解，在高性能悬索系统的仿生设计等方面有潜在的应用价值；更重要的是，这项研究激发人们从新的角度思考自然造物的规律与要义。

经过漫长的自然选择，动植物进化出了精细的结构与巧妙的策略，以获得优异的力学性质与多样的生物功能。生物结构不仅能够适应变化的外部环境，还能容忍不确定的内部缺陷。这些特性在工程实践中有重要的应用。爬山虎的卷须凭借其末端的吸盘可以牢牢地附着在树木、墙壁等不同物体的表面。爬山虎的生长方向不断变化，这要求它们的吸盘能够承受不同方向的外载。由于一些不确定的因素，卷须的吸盘或小枝时有破损；带有缺陷的卷须依然能够起到很好的支撑作用。赵子龙等注意到了这些有趣的现象。通过开展系统的实验与理论研究，他们揭示了爬山虎卷须独特形貌之下的力学设计机理。

图1 爬山虎。（a）藤蔓，（b）卷须，（c）吸盘、节点及小枝的编号。

一株爬山虎有多个卷须（图1）。如图2所示，赵子龙等通过测量发现爬山虎卷须沿其生长方向逐渐变窄，其主脉呈现曲折的构型。

图2 爬山虎的形貌测量。（a）吸盘的分布，（b）主脉节点的分布。

图3 典型卷须结构的力学性能分析及对比

研究者们构造了九种典型的卷须结构。图3对比了它们的力学性能。