為什么鯊魚(yú)可以游得那么快？3D打印鯊魚(yú)皮將為你揭秘

南極熊3D打印網(wǎng)報(bào)道

    哈佛大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)利用3D掃描和3D打印技術(shù)制造出3D打印鯊魚(yú)皮，他們發(fā)現(xiàn)這種特別的結(jié)構(gòu)可以為鯊魚(yú)增加6.6%的游泳速度。
    只有當(dāng)你離鯊魚(yú)足夠近的時(shí)候，你才能看見(jiàn)外形光滑的皮膚其實(shí)穿插著數(shù)百萬(wàn)微觀重疊想牙齒一樣的鱗片，稱為“小齒（denticles）”。這些小齒破壞水在動(dòng)物表面上的順暢流動(dòng)，大大減少阻力。
    但科學(xué)家們并不知道這具體是如何實(shí)現(xiàn)的。“你不能對(duì)真正的鯊魚(yú)皮進(jìn)行修改。”哈佛大學(xué)的George Lauder解釋。因此George Lauder和他的同事Li Wen和James Weaver決定嘗試制造出人造鯊魚(yú)皮。
    在當(dāng)?shù)佤~(yú)市場(chǎng)找到一條尖吻鯖鯊后，Lauder對(duì)尖吻鯖鯊的表面進(jìn)行了高分辨率的掃描。接著，他和Li Wen放大了一個(gè)小齒以建立出這個(gè)結(jié)構(gòu)的精細(xì)模型，僅有0.15毫米長(zhǎng)，然后再用上千個(gè)小齒建立鯊魚(yú)皮的3D模型。

    下一步是制造出皮膚。“再考慮不同的方法之后，我們認(rèn)為可以將堅(jiān)硬的小齒鑲嵌到柔性襯底上的唯一方法就是使用3D打印機(jī)。”Lauder回憶，但說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。
    “我們已經(jīng)想出怎樣用各種各樣的材料來(lái)打印...這些小齒是鑲嵌到表皮上，并互相重疊的，對(duì)于3D打印這是一個(gè)關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)。”Lauder進(jìn)行回憶。
    但是，在一年的過(guò)程進(jìn)行了不同材料測(cè)試、打印擬定、擴(kuò)大小齒、以及小齒的間距，Weaver終于成功地制造出有效的樣品了。因?yàn)?D打印機(jī)的限制，這些人工小齒大約是真實(shí)版本的十倍。
    “看到這些嵌入了小齒的彎曲表皮的掃描電鏡照片（SEM），對(duì)于我們來(lái)說(shuō)真是一個(gè)偉大的時(shí)刻。”Lauder笑著說(shuō)，他承認(rèn)研究報(bào)告
上的SEM圖片是他這幾年來(lái)最喜歡的研究圖片之一了。

    但是這些人造鯊魚(yú)皮的功能實(shí)際上是怎樣呢？
    團(tuán)隊(duì)將這些3D打印的人造鯊魚(yú)皮裝上了靈活的襯托上，使其可以在流動(dòng)的水中固定站立或是像小魚(yú)一樣游動(dòng)，然后他們就可以在水箱中進(jìn)行研究了。
    他們感到印象深刻，看到裝上了鯊魚(yú)皮的襯托減少了最小流動(dòng)速度8.7%的阻力，盡管在最高流動(dòng)速度的時(shí)候，鯊魚(yú)皮比起光滑的表皮產(chǎn)生了15%更多的阻力。但當(dāng)他們開(kāi)始使襯托像小魚(yú)一樣游動(dòng)的時(shí)候，鯊魚(yú)皮提升了6.6%的游泳速度，而且使用的能量減少了5.9%。
    “這是第一次有人進(jìn)行對(duì)鯊魚(yú)皮的能量消耗，以及相對(duì)于光滑表面游泳時(shí)減少的能量消耗。”
    據(jù)南極熊3D打印了解，他們接下來(lái)就將測(cè)試改變小齒的排布會(huì)對(duì)表現(xiàn)造成怎樣的影響了。但是，Lauder并不認(rèn)為我們能在不久之后就能穿用人造鯊魚(yú)皮制作的泳衣：“制造出來(lái)的困難非常巨大。”。
    這種鯊魚(yú)皮對(duì)Oliver Crimmen留下了深刻的影響，他是自然歷史博物館的一名魚(yú)類專家，曾經(jīng)為Speedo（著名泳衣品牌）提供設(shè)計(jì)建議。
    “我過(guò)去常常想，究竟怎樣才能精確地模仿這種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)呢？”O(jiān)liver Crimmen在BBC的訪問(wèn)中說(shuō)，“就是3D打印 -- 這是多么讓人驚奇的一種應(yīng)用啊。”

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