最近的一项研究显示，啄木鸟在啄木时，对冲击能量的转化与耗散可以有效保护大脑，这一发现为新型减振结构和大脑保护装置的设计提供了思路。

       相关研究论文题为 “啄木鸟连续撞击过程中的能量转化与大脑抗冲击保护”（Energyconversion in woodpecker on successive peckings and its role on anti-shockprotection of brain），为《中国科学：技术科学》英文版2014年第7期封面文章，由大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室吴承伟教授研究团队完成。

 航天飞行器、汽车等，在受到高速撞击时可能会发生破坏，危害乘客及科学仪器的安全；高精密的微机械设备在受到高频振动时，会引起内部结构的损坏，失去使用功能；人的头部在受到运动冲击时，也会引起脑组织损伤，导致大脑功能暂时或永久性的丧失。这些碰撞和冲击很难防护，带有很强的破坏性。然而在自然界中，啄木鸟却能很好地应对啄木中产生的冲击，它工作时的频率高达每秒25次，最大啄击速度和加速度达到7 m/s和1200 g，但啄木鸟却从未出现大脑损伤。这其中的奥秘何在？

       为了解释这一现象，吴教授的团队采用CT扫描、三维几何重构以及数值仿真等手段对啄木鸟的连续啄击过程进行了研究。该研究首次研究了啄木鸟的全身结构与组织在连续啄击过程中的能量传递与转换规律，用计算力学方法分析了连续啄木过程应力的分布情况（图1），能量在身体中的分布与转化，以及头颅内部各组成结构的吸能特点。研究表明，啄木鸟的身体吸收了大量的啄击能量，头颅内部组成结构对大脑形成了减振保护，大脑内部的冲击能量以热能的形式耗散引起温升。

图1   啄木鸟完整模型的啄木过程示意。（a）和（e）为啄木准备时刻，（b）和（d）为啄击和返回过程，（c）为碰撞发生时刻，图中的双向箭头给出了速度方向。

研究者发现，啄木鸟对于冲击的防护并不像传统观念认为的那样，仅仅局限于头颅，身体作为整个鸟的主体部分，不仅在啄木时起到支撑作用，而且极大地减小了传递到头颅中的冲击能量。大脑在头颅内部结构的保护下，最终将冲击能量以热能的形式耗散掉，产生大脑的升温。也就是说，啄木鸟不可能长时间地连续啄击，而需要间歇性的休息，这与实验观察情况相一致。

该研究结果从全新的角度深入分析了啄木鸟大脑的抗冲击机理，对于航天飞行器、汽车、高精密科学仪器，以及人体头部保护装置的设计有很强的参考价值，也为碰撞和冲击防护这一类问题提供了新的研究思路和方法。

研究得到了国家自然科学基金 (批准号: 11272080)、教育部博士点教育基金(批准号:20110041110021)、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(批准号:DUT14LK36)资助。

研究详情请见原文：

ZHU ZhaoDan, ZHANG Wei and WU ChengWei. Energy conversion inwoodpecker on successive peckings and its role on anti-shock protection ofbrain. SCIENCE CHINA Technological Science. 2014, 57(7): 1269–1275.

http://tech.scichina.com:8082/sciEe/EN/abstract/abstract514700.shtml