透過3D列印這種新材料，並將其浸泡在微生物溶液中。科學家們製造出了一種極為堅固的結構，並有朝一日可以實現自我癒合。

在國外，人們常常稱螳螂蝦為——“拇指分割者”，因為它喜歡敲打那些想要抓它漁民的手指（相比屬皮皮蝦就安全多了）。對於海底的獵物來說，螳螂蝦被稱為“死亡化身”：這種甲殼類動物會把臉下的兩隻類似錘子的大螯鉤向後翹起，釋放出的力道大到能把自然界最堅硬的材料之一——蛤蜊殼，瞬間擊碎。螳螂蝦與螃蟹的打鬥更為有趣，其會有策略性地先將螃蟹的大爪子給擊斷，直接讓獵物無法自衛。

所有這些撞擊都給錘子本身帶來了嚴重的壓力。因此，為了應對不斷地衝撞，大自然的進化，賦予了這些武器內部一個“布利根（bouligland）”形狀結構的材料。這些材料層不是整齊地一層層疊加在一起，而是層層扭曲，幾乎就像DNA的螺旋結構。因此，當螳螂蝦的錘子砸到拇指、蛤蜊或螃蟹的表面上時，其結構中的任何裂縫都會以扭曲的方式傳播，從而將能量消散在整個材料中。因此，錘子不會斷成兩半。

南加州大學(University of Southern California)和加州大學歐文分校(University of California, Irvine)的研究學者表示，他們發明了一種基於螳螂蝦撞擊棒的巧妙材料，為了方便叫其為“蝦狀結構”。（如果你喜歡正式的術語，論文中被稱為dactyls，意味“指狀物”)然而，製作這一材料是一個極為神奇的過程：他們能夠在細菌的幫助下，在3D列印的蝦狀結構中生長礦物質。

研究人員首先用聚合物3D打印出一個簡單的晶格結構，基本上是一個網格。正如你在上圖中所看到的那樣，其所產生的腳手架內部有大量的空隙——你可以把它想象成支撐建築的橫樑。然後，他們將整個結構浸泡在細菌溶液中，讓它靜置12到24小時。溶液中的巴氏孢子菌附著在聚合物晶格上，並開始分泌一種叫做尿素酶的酶。

當研究人員將這個結構浸入尿素和鈣離子的第二個浴中時，尿素酶啟動了一個化學反應，產生了碳酸鈣。碳酸鈣——就是賦予蛤蜊外殼，以及你自己的骨骼和牙齒，同等強度的材料。並且，它也是螳螂蝦錘子的一個組成部分。在實驗室裡，當研究人員將這一3D列印材料滯留在溶液中時，碳酸鈣不斷累積，在10天內完全填滿了晶格，並最終制作出了一種由聚合物骨架和礦物內部構成的超硬材料。可以在上圖中看到結構的製備過程。

如上圖所示，研究人員能夠用3D打印出各種內部形狀的格子，從波浪圖案到十字架。C型顯示了礦物填充聚合物骨架間隙的位置。在D行的彩色影象中，你可以看到碳酸鈣礦床的硬度得分較高（以紅色表示），而晶格等級較低（以藍色和綠色表示）。

但研究人員真正追求的是“布利根（bouligland）”形狀結構，它賦予螳螂蝦的錘子具有彈性。在下圖中，有四種不同型別的格子。圖片A顯示了這些3D列印結構的樣子，I型只是材料的線性堆疊，而IV型則是“布利根（bouligland）”結構——每一層都會移動45度，形成一種漩渦。在C行，影象顯示了用白色碳酸鈣填充的聚合物的暗帶。I型就像雜貨店裡的過道一樣排列，而IV型看起來更混亂。

一種很好的混亂，就像它發生的那樣。當研究人員測試每個晶格的強度時，IV型“布利根（bouligland）”結構吸收的能量是I型的20倍。“這種微觀結構確保了這種複合材料非常堅韌。”南加州大學工程師王啟明教授說，他是《先進材料》雜誌上一篇描述該發現的新論文的共同作者，“當你有裂紋時，裂紋會以扭曲的方式擴充套件，以耗散材料內部的能量。”王教授和他的同事認為，事實上，這種材料吸收的能量比天然珍珠層（珍珠母）還要多，使一些貝殼具有強度，也比現有的人造材料更勝一籌。

就像螳螂蝦的錘子不折斷地吸收拳頭衝頭的能量一樣，用這種新方法開發的材料也是如此。對於潛在的用途，王教授說要考慮做成防彈衣，它可以消耗並吸收子彈的能量。碳酸鈣也是相當輕盈的，所以科學家們也可以為飛機，甚至機器人制造更堅硬的面板

“對我來說，這是未來製造業的一種方式，雖然我不是唯一一個這麼說的人。”普渡大學土木工程師巴勃羅·扎瓦蒂耶裡（Pablo Zavattieri）說，他沒有參與這項研究。在傳統制造業中，缺陷可能會悄然而至。另一方面，大自然在數百萬年的時間裡，在螳螂蝦的錘子裡發展出了奇妙的結構，這種模式可以透過簡單的晶格和細菌浴來複制。扎瓦蒂耶裡 （Zavattieri）表示：“從這個角度來說，大自然是無可挑剔的。大自然就是一臺萬能的3D印表機。”

另一個特別之處是——這種細菌構建的材料的再生能力。就像，如果我們不建造道路，而是種植道路，會怎麼樣？"如果我們有損壞，你只要把細菌引入裡面，它就能把自己長回來。"王教授表示，“這些結構非常堅硬，非常堅固，且可能有自我修復。”

遺憾的是，目前研究人員還沒有完全做到這一點——他們讓細菌在實驗室的受控條件下生長礦物質，即使這樣也只是少量的。擴大道路建設規模將帶來額外的工程挑戰；例如，獲得合適的支撐腳手架與硬化材料的比例。但是扎瓦蒂耶裡（Zavattieri）實際上已經在研究3D列印混凝土了。“我不認為這個想法超級瘋狂，我們完全可以讓機器人打印出經典的支架，把細菌留在那裡，然後讓它們在材料上生長10天。”

所以，也許有一天，這個螳螂蝦的毫不掩飾對獵物的打擊。可以幫助修復全球因為年久失修的基礎設施上，而不是僅僅劃破拇指。