一项最新研究表明 ， 蜘蛛网即使在建造的早期阶段也可以抵抗拉伸以及捕获猎物 。
该研究于北京时间8月10日3时发布在国际知名学术期刊《美国科学院院报》（PNAS）上 。 论文标题为《In-situ three-dimensional spider web construction and mechanics》 ， 研究者主要来自麻省理工学院原子和分子力学实验室以及德国Tomás Saraceno工作室 。 通信作者为麻省理工学院土木与环境工程系教授Markus J. Buehler 。
研究发现 ， 蜘蛛网的主体结构是在建造过程中的前2天完成的 ， 之后蜘蛛会通过框架内结构的有限扩展来加强现有网络 。 此外 ， 即使在建造过程的第1天 ， 蛛网的特定位置也有机会捕获猎物 。
“蜘蛛网是自然界最神奇的材料之一——蛛丝具有很强的韧性和可扩展性 。 通过在蛛网中建造复杂的三维建筑 ， 蛛丝的这些特性就被增强到能承受巨大环境影响的功能结构 。 蜘蛛网是蜘蛛身体的延伸 。 ”Markus J. Buehler向澎湃新闻（www.thepaper.cn）采访人员介绍选择蜘蛛网为研究对象的原因 。
论文表示 ， 蜘蛛是自然界的工程师 ， 它们能设计、建造、使用和维护质量轻、性能佳的“蛛网建筑” 。 事实上 ， 蜘蛛可以产出多达8种具有不同特性和功能的丝 ， 并创造出许多网络结构——从简单的T形网和典型的二维圆网到复杂的三维网（如漏斗状网、缠结网等） 。 蜘蛛、蛛丝和蜘蛛网的复合体是一个自给自足、自我监控和自我修复的系统 。
然而 ， 人们对于建造中的蛛网（尤其是三维蛛网）的形状和力学特征知之甚少 。 对于建造中的三维蜘蛛网的力学和生物特征的深入了解 ， 能够为耐用结实的和有弹性的纤维网络、复杂材料、结构、脚手架和分层结构的自组装策略提供灵感 ， 并对3D 打印、艺术、建筑和工程应用产生启发 。
比如说 ， 蜘蛛网一般只有很少的外部支撑 。 与人类的传统建筑相比 ， 如此庞大的结构将需要巨大的脚手架、大型建筑设备和很多工人 。 因此 ， 了解蜘蛛网的建造能够提高人类施工效率 。
此项研究中 ， 研究人员通过在蜘蛛网建造过程中进行成像、建模和模拟来研究蜘蛛网在建造的不同阶段的结构和力学性能 。 Markus Buehler等人连续7天使用移动片光源和相机自动拍摄Tidarren sisyphoides蜘蛛建造的缠结网 ， 并使用图像处理算法将2D图像转换为3D模型 。 他们还对蛛网进行了拉伸模拟和弹丸撞击模拟 。
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蜘蛛网的密度图
研究发现 ， 蜘蛛会在前面2天（共7天）建立蛛网形状、强度和功能的基础 。 之后 ， 只是在初始框架内进行有限拓展来对现有的蛛网进行加固 。 经过7天的建造 ， 蜘蛛网的密度达到3.56 × 10^?5 立方米每千克 。 事实上 ， 蜘蛛网的密度从第0天到第1天增加了700% ， 从第1天到第2天增加了400% ， 从第2天到第3天仅增加了9% 。
自然界中 ， 附着在树枝等移动支撑物上的蜘蛛网会不断被拉伸 。 研究者研究建造阶段 ， 三维蛛网中一根蛛丝在拉伸下随时间推移的机械性能 。 研究发现 ， 在承受负载的蛛丝达到其失效的应力并断裂后 ， 负载会转移到连接的蛛丝上 ， 从而避免发生灾难性故障 。 然后 ， 蜘蛛可以通过拉索丝的非线性行为和蛛网的相互作用来定位缺陷 ， 再修复缺陷以维持网络功能 。
研究还发现 ， 蜘蛛网的强度随着网的密度而增加 。 在网的坚固基础上 ， 蜘蛛会在接下来的日子增加网的密度 ， 从而增加网的强度 。
此外 ， 研究发现蛛网可以有效地让猎物减速 ， 从而增加捕到猎物的概率 。 由于蛛网具有较多孔隙 ， 大多数猎物会穿过网 。 但是 ， 在蛛网的特定位置 ， 即便蛛网才修建1天 ， 蜘蛛也有机会捕到猎物 。 在蛛网构建的不同阶段 ， 让猎物减速的位置会发生变化 ， 这表明蜘蛛会调整结构（而结构的基础保持不变） 。
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弹丸撞击减速图 ， 表示撞击蛛网之后的速度与撞击时速度之比
论文表示 ， 实验装置的进一步扩展可以激发可持续和弹性材料、建筑技术 ， 以及具有艺术、建筑和工程应用的自组装策略 。 增加蜘蛛网构建、监测与修复的知识 ， 可以为具有自给自足、自我修复和自我监控能力的新型智能结构提供灵感 。 这些知识还可以通过与其他学科的创造性的合作来启发艺术、设计和建筑（例如复杂和大规模的拉伸结构） 。
【蜘蛛网|MIT原子和分子力学实验室研究发现：蜘蛛网织成前就能捕猎】“（这项研究的）一项应用是新材料设计 。 这项工作产生了新颖的由蛛网启发（web-inspired）的3D打印材料 。 同时 ， 也帮助我们实现新的3D打印方法 。 ”Markus J. Buehler介绍道 。
蜘蛛网的3D打印物理模型
“我们目前正在开发将蛛网用于建筑和材料工程中材料应用的新方法 。 ”问及关于蜘蛛网的下一步研究计划 ， Markus J. Buehler表示 ， “我们正在积极研究的另一个应用是可听化（sonification）技术 ， 即将蛛网作为乐器 。 我们已经通过蛛网创造了新的音乐 ， 就像这里所展示的——蜘蛛网与毒液之交响乐 。 ”