@ 2016.01.20 , 17:00

水下保暖神器:皮毛潜水服

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忘掉那些光滑的潜水服吧,毛皮外套或许终有一日能够使潜水者在水下保持温暖。在寒冷的水域中,海豚和鲸鱼依靠它们厚厚的脂肪进行保暖,而海狗和海獭则依赖于它们那稠密的皮毛来留住空气层。由于空气和水一样不导热,因此空气层能够防止热量流失。如今,MIT的机械工程师Alice Nasto制造了一种人工仿制皮毛,以探究它们的保护作用。

我们小组从生物界获取灵感,研究了大量相关流体力学问题,比如蜗牛如何运用黏液进行移动、水黾如何在水上行走。

研究人员使用激光切割的塑胶模,将硅橡胶制成皮毛表面。随后,他们以精准速度将皮毛置于不同粘稠度的液体(如硅油)中,对皮毛属性(如毛发长度和间隔)的效果进行测验。结果发现,毛发的设置对防湿性能至关重要——毛发越长、越浓密,表面便越能够留住空气、保持干燥。

其实,这些毛发就像管道一样。毛发之间的距离越近,“管道”留住空气的能力便越强;毛发越长,“管道”便能容纳越多的空气。如果管道很短,它们会在下水之后立刻变湿(充满液体);如果管道够长,它们便能抵抗液体的渗入,保留住空气。

先前的防水表面研究都依赖于纳米或微米材料的结构,即分子和细胞的尺寸,水滴能够栖息于这些结构上方。而这是有史以来第一遭,研究人员发现较大尺寸的结构(毫米到厘米)也有类似的防水性能,例如皮毛。此外,这种材料的制作应该比微小的前者容易一些。

研究人员将统一长度的坚硬而光滑的短毛垂直立在材料表面,进行实验。而未来研究可以探究其它各种不同的毛发种类,例如长毛、软毛、粗糙毛、斜毛、长短毛混合。此外,皮肤的油脂或许也影响到毛发的防水性。

毛发可以通过困住空气,使潜水服获得更多浮力。不过,研究人员尚不确定这些毛发会如何影响水中的阻力。另外,研究人员只探究了毛发材料从空气进入液体的情况,他们还应对相反情况进行探究——在这一情况下,液体会被困在毛发材料中。蝙蝠的舌头上布满了毛发,并利用这一机制来饮用甘露。因此,我们不仅需要了解如何才能在水下保持干燥,还要探究出水后的情况,这样才能真正帮助潜水服材料的研发。

本文译自 popsci,由译者 蛋花 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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