爲什麼海馬尾巴的橫截面是方形的？

這樣的尾部結構能幫助海馬更好地抵抗外界的擠壓和扭曲，並提高海馬尾巴的抓握能力。

4個一組的L型骨板環繞成方形的尾部形態，保護着中間的脊椎。跟圓形的比起來，這樣方形截面的尾巴有什麼特別？在《科學》（Science）雜誌上，美國克萊門森大學的邁克爾·波特（Michael M. Porter）及其團隊破解了其中奧祕。

在整個動物界中，只有海馬、海龍等極少數類羣演化出了方形的尾巴。而研究發現，這樣的尾部結構能幫助海馬更好地抵抗外界的擠壓和扭曲，並提高海馬尾巴的抓握能力。

首先，對海馬尾部的彎曲能力及骨板結構進行觀察。構成海馬尾巴的骨板越靠近尾側越小，使海馬可以把它的尾巴平滑地彎曲成一個對數螺線，在近尾尖處達到最大的曲率。經過測量，發現海馬的尾巴末端能向腹側彎曲多達850°，而向背側及兩側的彎曲程度也分別可達290°和570°。海馬每片骨板的大小、傾斜角度及彼此交疊程度都能影響它彎曲的能力。

根據海馬尾巴骨板的細節，3D打印出了海馬的方尾巴模型，並同時也虛擬地構建了相應的圓尾模型加以對比。3D打印使我們得以模仿自然界中存在的奇妙設計，也同時可以構建自然界尚未發現的全新模型，我們可以把這些模型互相比較，來爲工程設計提供靈感，也對生物的一些演化歷程給出解釋。

經過3D打印模型的對比，海馬的方尾結構呈現出更好的抗壓能力：在面對外界的衝擊時，骨板能發生側滑，從而吸收衝擊力，更好地保護脊椎。在極限情況下，海馬的方型骨板可以變形多達接近50%而不對脊柱造成永久傷害。

在彎曲能力方面，方尾模型和圓尾模型相差不大，不過由於方尾模型提供了更大的橫截面周長，從而擴大了與外界的接觸面積，使得海馬的尾巴在彎曲抓握時呈現出比圓尾更強的抓握能力。此外，圓尾模型的最大扭曲角度可達30°，而方尾模型只有約15°，這樣相對較窄的扭曲範圍也可以更好地保護海馬抵抗外界扭曲力的傷害。

方形的尾巴是海蛾魚科和海龍科的祖先的形態特點。這些魚全身被骨骼裝甲覆蓋，可謂剛硬無匹。它們其中只有一些種類具備抓握能力，另一些則不具備。因爲方形結構的抗壓能力更強，這樣的結構更可能是適應護甲功能的性狀，而非爲了增加抓握能力。然而，結果顯示方形的尾巴在抓握方面也有其力學優勢，可以想象，這些魚類的剛性骨板也可能向更靈巧的方向演化，額外形成了抓握功能。

當我們需要兼顧防禦和抓握功能時，這種方形橫截面的結構是更優越的設計。科學家認爲，這項研究將有助於機器人科技領域的革新。海馬的這一結構可以應用到機械臂的設計當中，這在工業、軍事、醫藥領域都可能相當有用。在觸手類或是蛇形機器人的設計中，這樣的骨板結構既比傳統的硬質結構更輕更靈活，也比軟質結構更能抵抗壓力。此外，在石油和天然氣的勘探採集、軍事工業中的人體護甲設計、醫療中的假肢、支架等設計上，海馬的方尾巴也能爲研發人員提供很有價值的參考。