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■啄木鳥嘴巴及顱骨的構造獨特，有效減輕撞擊對腦部可能造成的傷害。相片提供：Marie Louise / 香港觀鳥會
試想像一下，如果有人每日撞車1.2萬次，每次的衝擊強度是一般撞車的50倍，除了「散晒」外，可能已找不到其他詞語形容其後果。不過，在大自然中正有一種小生物，每日以其看似脆弱的頭部，經歷逾萬次類似的強烈撞擊卻絲毫無損，更無半分「腦震盪」跡象，令人驚嘆大自然的奧妙。香港理工大學及北京航空航天大學針對這種神奇小鳥—啄木鳥(Woodpeckers)，歷兩年時間成功解構其3大獨有的生物力學結構，包括「安全帶」舌骨、「上短下長」的喙骨及「海綿狀」顱骨，證實3者結合能有效卸走衝擊力，保護頭部免受傷害；有關成果更可望幫助研發頭盔或降落傘等相關防撞保護產品，造福人類。 ■香港文匯報記者 勞雅文、任智鵬
為覓食日啄擊1.2萬次
「咯、咯。咯……咯、咯、咯……」為啄開樹木從中覓食，啄木鳥會以0.05秒一次、每組10次至20次的頻率用喙撞向樹幹，平均每日啄擊達1.2萬次。香港理大醫療科技及資訊學系教授張明及北航大生物與醫學工程學院院長樊瑜波領導的研究團隊，看準啄木鳥神奇的「防撞功能」，結合運動生物力學觀測、解剖形態學、材料力學特性分析等，約2年前於北京開展系統性研究，破解其保護頭部免受傷害的謎團。
每啄衝擊力達撞車50倍
研究團隊透過2部可放慢4,000倍的超高速攝錄機，捕捉啄木鳥的頭部動作，又以重力感應器，測量其啄食動作的力度並作分析，成功確認這種身長約20厘米、體形細小的雀鳥啄食時產生的衝擊其實很驚人。張明指，整個動作的速度達每秒8米(即時速約29公里)，而撞擊一刻的瞬間速度更達地心吸力(g，即9.81m/s2)的1,000倍。他表示，正常情況下人體受力到3g至4g就已感到非常不適，而一般撞車大約為20g，即啄木鳥每下衝擊強度可達撞車的50倍。
啄木鳥約重0.5公斤，但研究中的重力感應器卻探測到其每次前啄力度達2公斤，即體重的4倍，攝錄片段所見，牠們每啄一下都得重新抓緊一次所站的鐵枝，可見其力量之大。
迴圈狀舌骨卸力護頸椎
團隊利用CT Scan（電腦斷層掃描）分析啄木鳥頭部的機械特性及內部結構，從而建立啄木鳥頭部與撞擊反應的電腦分析模型，發現啄木鳥頭骨內有一層迴圈結構的舌骨，自其喙下側開始，從左右兩邊繞到顱骨後側，並於前額前方再交會。張明指，在大力向前撞向樹幹後，反作用力會令啄木鳥頭部高速向後反彈，形同橡皮圈的舌骨就會發揮「安全帶」作用，卸去大量衝擊力，有效避免頸椎受損，並減低對腦的傷害。
「海綿狀」顱骨減腦震盪
另外，啄木鳥嘴巴及顱骨的構造也非常獨特，張明表示，從表面觀察啄木鳥上喙看似略長，但透過CT Scan圖片顯示其內部構造，原來下喙骨的堅硬承載部分，其實比上喙長1.2毫米。差之毫釐，謬以千里，電腦分析模型顯示，這1.2毫米的差別，令每次撞擊的力量，都集中於下顎再傳至身體，有效避免撞擊經上喙傳遞至後腦，大大減輕對腦部可能造成的傷害。
至於啄木鳥頭部顱骨結構，亦是有別於一般雀鳥，其骨質密度較高，且呈近似一片片的「海綿狀」架構，令顱骨更富彈性，有效緩衝撞擊力，又同時將壓力分散，減少造成腦震盪。
助設計新概念頭盔波鞋
張明強調，由以上3個元素合作發揮作用，才可保證啄木鳥啄食而不傷頭部，是「缺一不可」，完成有關研究後，他亦不禁讚嘆「大自然真的很神奇」，自言到現時仍未看透當中奧妙。他表示，是次研究成果雖然仍屬初步階段，但亦很有機會可應用於日常生活中，例如模擬當中的設計，為頭盔、降落傘甚至波鞋等相關保護產品增添靈感。
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