对于人类来说，被大雨滴打在脸上只是一件烦恼的事。 但对于蝴蝶等微小而脆弱的生物来说，雨水滴就相当于一个人被从天上掉下来的保龄球击中。 哎哟。
“对于这种小动物来说，[被]雨滴击中是最危险的事件，”说来自纽约康奈尔大学的生物和环境工程师 Sunghwan“Sunny”Jung。
荣格解释说，撞击力并不是雨滴给脆弱生物带来的唯一问题。 雨水会严重破坏昆虫的飞行动力，并剥夺鸟类的温暖，因此限制与每一滴雨滴接触的时间对于许多动物来说至关重要。
Seungho Kim、Jung 和同事仔细研究了不同的动物和植物如何减轻这种潜在的危险。 他们使用每秒捕捉 5,000 至 20,000 帧的高速摄像机来观察水落在蝴蝶、飞蛾、蜻蜓、塘鹅羽毛和桂叶上的影响。
之前的研究也对雨滴撞击速度进行了类似的观察，其速度远低于真实雨滴的速度，最高可达每秒 10 米（33 英尺）。 在这个新研究该团队将水高速滴在他们的拍摄对象上，并记录了不同的撞击动态。
他们观察到，当水滴与树叶或蝴蝶翅膀的表面碰撞时，它会落到微小的凸起或尖刺上，从而在微型水体中产生冲击波。 这些波浪互相干扰，导致液滴在扩散时形成皱纹图案，其体积上具有不同的厚度。
然后，就在水滴即将弹开时，波浪效应使机翼表面的尖刺直接穿过水膜，将水滴破裂成微小的碎片。 （通过将水滴到模仿表面尖刺的人造表面上，进一步研究了这种效应。）
超疏水表面上撞击后的波纹水滴图。 （Kim 等人，PNAS，2020）
这些天然表面上的纳米级结构蜡层有助于防水； 这与液滴的破碎一起，将液体与表面之间的接触时间减少了 70%，研究人员发现。
反过来，这减少了热量和动量传递。 这对于昆虫来说将产生巨大的影响，因为它们需要在肌肉中保持一定的温暖才能飞行并逃避捕食者。
“通过拥有这些两层结构——一层是微米级（粗糙凹凸不平的结构），另一层是纳米级（蜡结构），”解释荣格博士说，这些生物体“可以具有超疏水性[拒水]表面。”
（康奈尔大学）
Kim 和同事还发现了这些走私致病真菌孢子的雨水碎片，揭示了真菌如何利用植物防御来增强自身的传播能力。
“这是第一项了解高速雨滴如何影响这些天然疏水表面的研究，”说荣格.
加深对蝴蝶翅膀上的微尖刺如何粉碎雨滴的了解，可以帮助工程师开发更先进的防水材料，这一领域已经从大自然中汲取灵感，就像衣服上受荷叶启发的防水涂层。
“这类表面有一个巨大的市场，”说Jung，但如果你想制造“受这种材料启发的工程产品，耐用性是最大的问题。”
这项研究发表在美国国家科学院院刊。
