蛇的视觉激发了科学家对热释电材料的设计

蛇的视觉热释电材料

毒蛇，蟒蛇和蟒蛇都使用红外视觉来定位猎物，但是这种神秘的第六感的确切来源尚不清楚。研究人员现已开发出一种数学模型，用于研究特殊蛇器官中的细胞如何将红外辐射转换为电信号。除了潜在地解决蛇生物学中的一个长期难题之外，这项工作还可以帮助开发基于柔软，柔性结构而不是坚硬晶体的热电传感器。

某些种类的蛇会生长比其周围环境温暖的物体的令人不安的准确热图像。例如，有毒的毒蛇毒蛇可以检测到波长在50 nm至1 mm之间的红外（IR）光，该红外光转化为1.8 THz至2.5 PHz的频率范围。这种热感应能力使他们甚至在完全黑暗的情况下也可以猎杀诸如鸟类和啮齿动物之类的温血猎物，科学家们认为，它源自于其头部的结构，该结构充当红外辐射的“天线”。这种结构被称为凹坑器官，是一个大约10至15毫米厚的中空腔室，被包裹在表面积约为30毫米2的薄膜中。

蛇的视觉

热电可能性

热电以前被认为仅限于诸如晶体之类的坚硬材料，因此这种想法本身在某种程度上是有争议的。这些材料自然是电极化的，因此包含大电场。当它们改变温度时，它们原子的位置也会略有变化。位置的这种变化会改变其极化，进而在材料上产生一个临时电压。如果温度然后保持恒定在其新值，则由于泄漏电流，热电电压会缓慢耗散。

为了表明蛇细胞也可以作为热电材料，研究人员使用了软物质连续力学中的方法来耦合电场和热膨胀应变。它们还考虑了材料特性，例如单元的弹性模量和热膨胀系数。利用这些输入，研究人员计算出，基于它们的坑器官细胞的热电响应，蟒蛇收缩器和毒蛇应该能够检测到毫米水平的温差。这比任何人造的热传感器都要好，这意味着蛇可以感知到一种动物的存在，该动物的温度仅比其周围环境高10度，距离40厘米远，即使它在一个环境中只出现了半秒钟也检测到。

应用于合成材料

这项新工作表明，柔软而灵活的结构确实可以显示热电性。这种结构包含不会泄漏的嵌入的静态，稳定电荷。它们的形状和大小也会变形，并且对温度敏感。

研究人员目前正在对类似于蛇的坑器官的合成软材料进行初步实验。这些实验的结果可能会证实新的模型，尽管仍需要进一步的研究来证明所提出的机制确实存在于蛇的细胞中。先前的生物学研究表明，涉及称为TRPA1的蛋白质通道，但尚不清楚这些通道与新模型之间的关系。“使用该模型，我可以自信地创建具有热电特性的人造软材料，已经找到了解决这些蛇如何在黑暗中看到的解决方案的至少一部分。