作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2019/11/28 17:53:02
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凹凸不平的身体让甲虫从空气获取水

图片来源:SOLVIN ZANKO/MINDEN PICTURES

为了在非洲西南部干旱的荒野中生存,纳米布沙漠甲虫能从稀薄的空气中获取水分。这种蓝莓大小的昆虫将其凹凸不平的身体迎风倾斜,让雾滴积聚并从翅膀上滴入嘴里。
 
多年来,科学家一直试图了解这种昆虫的秘密,以便为缺水地区提供干净的水。现在,一组研究人员对这种昆虫的身体结构如何帮助它收集水分有了更深入的了解。
 
当纳米布沙漠甲虫“晒太阳”时,水滴打在它的腹部,然后滚下身体。研究人员花了几十年时间试图发现这种昆虫的表面如何将液滴输送到嘴里。但首先,甲虫必须收集液滴。因此,美国俄亥俄州阿克伦大学物理学家 Hunter King和同事转而关注甲虫的形状和质地如何增加其能从空气中捕捉到的水滴数量。
 
研究人员使用3D打印技术创造了几种表面纹理各异的球体——凹凸不平、有沟槽、平滑,并在一个专门设计的风洞中进行了测试,看它们能从雾蒙蒙的微风中获取多少水。他们发现,凹凸不平的表面是雾“磁铁”;一个表面有1毫米大小团块的球体捕获液滴的效率几乎是光滑球体的2.5倍。
 
为了了解微观层面上发生了什么,King联系了动物运动专家Mattia Gazzola及其在伊利诺伊大学厄巴纳分校的研究生Fan Kiat Chan。研究人员建立了一个计算机模型,以观察水滴上不同的水动力是如何使水滴或多或少黏在球体表面纹理上的。
 
研究小组发现,一个重要因素是表面的润滑程度。如果总是有一层薄薄的水,水滴就不太可能附着在上面。研究人员近日在华盛顿西雅图举行的美国物理学会流体动力学分部年会上报告说,表面的微观结构(在微米级别上的光滑或粗糙程度)能影响液滴的行为。
 
如果研究人员能够利用这些特性创造出更有效的甲虫材料,工程师就能设计出一种用于难民营帐篷的集水装置。它可以捕捉风中的水滴,也可以制成一个瓶子,利用空气中的水进行自动补充。
 

 

 
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