
研究人員說,通過產生有助於拉動它們的漩渦,鯊魚在皮膚上的剃須刀鱗片似乎使鯊魚更容易穿越水。
這項研究最終可能導致人造鯊魚皮研究人員補充說,這可以增強水下機器人的游泳。
哈佛大學的生物生物學家喬治·勞德(George Lauder)和研究生約翰內斯·奧夫納(Johannes Oeffner)創建了一個簡單的機器人,並在其周圍放置了真正的鯊魚皮,以研究皮膚的特性。
他們發現,牙齒鱗片(稱為牙齒)在皮膚前邊緣產生了渦旋,從本質上可以幫助將鯊魚向前吸走。勞德說:“前沿渦流在昆蟲和鳥類飛行中眾所周知。”
鯊魚以迅速切入水的方式而聞名。科學家一直在關注鯊魚的牙齒如何提高游泳速度和敏捷性。鯊魚的粗糙皮膚被認為像高爾夫球上的酒窩,干擾水流流過表面以減少其經歷的阻力。
但是,現有的研究鯊魚皮的好處勞德(Lauder)困擾著勞德(Lauder),因為它的大部分是基於鯊魚皮的模仿,這些模仿被嚴格地固定在適當的位置,並像一張紙一樣平放。他說:“我想研究鯊魚皮的功能。” [野鯊的畫廊這是給出的
鯊魚機器人
勞德(Lauder)和奧夫納(Oeffner)從幾個大的馬科鯊魚在波士頓的魚市場上,將它們粘在一塊剛性的鋁箔上。他們將這種箔層浸入水箱中,用機器人的設備從一邊到另一側搖擺,使其“游泳”,並將水流向其以推動它。通過將拍打裝置本質上所需的水流定時,他們可以確定機器人有效游泳的速度。
然後,研究人員小心地將牙齒打磨,以查看皮膚在沒有它們的情況下的表現。
勞德回憶說:“打碎牙齒是具有挑戰性的,這是更困難的方面之一。” “很難在不損害下面的皮膚的情況下將它們打開。每個箔紙都花了幾個小時。”
奇怪的是,砂紙加速了,而不是放慢腳步,乍一看可能表明這些鱗片阻礙了鯊魚。隨後,科學家們回到了他們的想法,即鯊魚是靈活而不是僵硬的,然後將兩塊鯊魚皮粘在一起,以形成柔韌的膜。他們發現柔韌性具有巨大的效果:露齒,柔性表面比砂面更快12.3%。 [鯊魚實驗的視頻這是給出的
下一代機器人皮膚
研究人員還測試了兩個鯊魚皮模仿的游泳表現。一個是Speedo快速皮膚FS II面料(顛簸的脊表面都應該減少拖曳游泳者的體驗。另一個是矽膠橡膠“裂縫”,一種膜上,上面有鋒利的山脊。勞德說:“正在積極研究開裂物,以減少風力渦輪機葉片,以減少阻力,我相信1987年,美國杯帆船之一在船體上使用了里文。”
儘管Riblets將柔性箔的游泳速度提高了7.2%,但Speedo織物顯然根本沒有效果,也許是因為與鯊魚齒齒和鋒利的riblets相比,它的顛簸很小,圓形且寬大。 (Lauder確實指出,纏著人物的快速泳裝服裝可能會以其他方式增強游泳者的表現。)
固定為什麼牙齒可能會改善鯊魚推進,他們分析了牙齒樣鱗片如何改變人體周圍的流體流動。他們將柔性鯊魚膜浸入裝滿微小的,銀色塗層的顆粒的水箱中。當他們設置機器拍打時,他們用激光燈洗澡,這使他們能夠看到膜如何設置顆粒和水旋轉。
他們了解到,鯊魚皮不僅可以減少阻力,還可以增強推力。
勞德說:“未來的主要方向是製造人造鯊魚皮。” “最有可能使用的是覆蓋水下機器人。”
Oeffner和Lauder於2月9日在實驗生物學雜誌上詳細介紹了他們的發現。