蛛丝超收缩诱导的扭转是双Poynting效应
生物物理
2026-01-21 v1
摘要
蜘蛛 dragline 丝随湿度增加而超收缩，表现为显著的轴向缩短伴随可重复的宏观扭转。该扭转的物理起源仍有争议，常被归因于螺旋排列的承受拉伸的元素，尽管缺乏天然纤维中螺旋结构的直接证据。本文我们表明，扭转可从非线性各向异性弹性中普遍产生：湿度驱动的无规基质缩短，受刚性轴向排列的 β-片富集承受拉伸段及其实验诱导的预应力限制，使系统进入双Poynting régime，其中轴向缩短与自发扭转耦合。将基于扩散的水分摄取规律耦合不可逆基质重塑与纤维塑性，模型在参数值符合可用实验材料参数的条件下，定量再现了单调和循环扭转测量，结果表明蜘蛛丝的超收缩诱导的扭转是双Poynting 效应的体现，提供了面向湿度驱动扭转致动器的基质-纤维结构的最小物理框架。
关键词
引用
@article{arxiv.2601.13924,
title = {Supercontraction-Induced Twist in Spider Silk Is a Dual Poynting Effect},
author = {V. Fazio and G. Puglisi and G. Saccomandi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.13924},
year = {2026}
}