颗石藻仿生设计–3D打印的球形齿轮套件

纽约Proxy Design Studio最近设计了一款名为Mechaneu的球形3D打印齿轮套件。这个“球形”的套件是由多层齿轮层层相串而成的,齿轮间耦合极其精密,令人叹为观止。Proxy Design将此项目视作为“探索3D打印在艺术上应用之极限的首次尝试”,他们如是写道。做藻类研究的技术人员会发现这个创造非常像颗石藻,这是对颗石藻的一种仿生学设计。

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Mechaneu一号是由一次成型的工艺制造出来的,其最大的特点就是内部互锁支撑网络十分复杂。只要转动套件中的一个齿轮,整个齿轮球都会开始转动。协同转动给人以视觉上的冲击和触觉上的奇特感受,令人着迷。Mechaneu是一项探索3D打印在艺术上应用之极限的项目,项目中所有的元素都将以尽可能少的组件带来最多的细节和信息。

下面的视频介绍了这个项目的更多细节,比如三维工程图、效果展示等等。也正如创作者所说,3D打印可以创造无限可能。真正局限着3D打印革命的只是人们想象的极限。

颗石藻

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颗石藻细胞体内有一个细胞核和一对黄褐色载色体。在细胞膜外包有粘胶质外层 ,此层的内侧分布着直径约 1 μ m 的非矿物质的鳞片 ,在胶质层中或其表面分布有一些细小的圆粒 , 即颗石。有些颗石藻在生命周期中具有具鞭毛的活动期和无鞭毛的非活动期。在活动期利用其鞭毛在海洋表层水体中运动。在非活动期,近岸种在水底停息,大洋性种在水层中消极漂浮。一般在非活动期细胞形成颗石,活动期不具颗石,或者具有不同于非活动期的另一类颗石。多数颗石藻为自养生物, 藉助阳光和水中的二氧化碳、硝酸盐和其它非有机盐营光合作用。一些沿岸种利用有机氮营自养作用。有些类别摄食细菌和小的藻类是异养生物。在水中的生长速度较快, 一般一天繁殖一次。每一个细胞上, 颗石的数目因不同属种而不尽相同,一个细胞上的所有颗石组成近于球形至卵形的“外骨路”,称为颗石球。颗石藻死亡后, 颗石球解体为许多颗石,并可形成化石而保存下来。颗石的直径甚小,一般 1-15 μ m 左右。它数量多、个体小,是形成大洋底钙质软泥的主要成分。

基本构造

颗石是由许多微小的解石薄片组成, 每个这样的方解石晶体称为晶粒(element)。晶粒以各种方式组合成一个颗石。颗石晶粒的成分是方解石。在正交偏振光下,当方解石晶体的 C 轴与偏振光方向一致时便产生消光现象。组成颗石的盾是由大量环状排列的晶粒组成,在正交偏振光下总会呈现四条消光带, 即十字消光,当旋转载物台时,消光带的位置也相应逐渐移动组成颗石品粒的数量、形状、排列方向因属、种而异, 故不同属、种在正交偏振光下呈现不同的干涉色和消光十字图形, 故消光图像是钙质超微化石重要的鉴定依据之一。颗石的形态以圆形 、椭圆形为主,少数呈菱形、方形等,一圈晶粒联结成一个环 (cycle),或同心的两个或两个以上的环构成一个盾 (shield )。典型的颗石由上、下两个盾组成, 中间由一中心管 (central tube)相连。颗石分远端面和近端面 (distal, proximal):近端面附在细胞表面的粘液层上,或者是埋在粘液层中,通常内凹,远端面朝向外面,一般外凸, 相应的上、下两个盾分别称作远端盾和近端盾。
根据颗石的形态以及盾的数目, 颗石类可以分为以下五种类型:
(1)盘石型(Discolith)
颗石由一个盾组成, 即单盘,椭圆形,盘是由几个环组成。Zygodiscus (合盘石)。
( 2 )盾石型( Placolith)
颗石由两个盾组成,一般是远端盾大于近端盾,两个盾均由许多辐射状排列的方解石晶体构成。每个盾具 1-2 个环,两个盾由一个中心管相连接,盾的中央中空或具桥,如 Gephyrocapsa (桥石) 。
(3)篮石型(Lopodolith)
颗石盾盘中部凹入,远端具开口,外形似竹篓状或花瓶状。如 Scyphosphaera( 篮石)。
(4)舟石型(Scypholith)
颗石呈长菱形,从环的两侧往中央延伸出互相平行的扁形细条。如 Scapholithus(舟石) 。
(5)棒石型 (Rhabdolith)
颗石盾盘呈圆至椭圆形,盾盘中央具棒状凸起, 凸起末端有时膨大。如 Rhabdosphaera(棒石)。
颗石的基本类型是“盾盘”,它的形态、晶粒的形状及其排列方式和相互关系、中心孔的形态和结构,以及晶粒光性特征等均有很大的不同和变化,分类、鉴定的重要依据。
组成颗石的晶粒的相互关系有下列几种类型:
1 相邻的晶粒互相叠覆,当从环的中心向外观察时, 如果每个晶粒覆盖在左侧的晶粒之上,称为左向叠覆,如 Coceolithus( 颗石), 反之,则称为右向叠覆,如 Umbilicosphaera( 脐球石);
2 晶粒与晶粒紧密相接, 既不相互叠,亦无留有缝隙。
3 相邻的晶粒之间留有缝隙,每个晶粒单元呈“I”形, 如 Emiliania(艾氏石)。在颗石的中央区, 大部分类型具有一个空洞,称为中央孔 (或中央区)。在不同属、种中,具有不同的中央区构造:有的在中央有一个“桥”横跨,桥的延伸方向因属、种而异,或具× 字形构造(如 Chiasmolithus)或具网状 (Emiliania)、筛孔状(Pontosphaera)、枝条状 (Reticulofenestra),或具中央突起等。大多数将钙质超微化石归于植物起源, 置于植物界金藻门。

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