受海狸启发而设计的新型潜水天富平台优势衣可能有助于冲浪者保暖

时间:2021-01-14 13:09 作者:http://zdtnx.com.cn/ 分享到:
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受海狸和海獭等半水生哺乳动物的启发,麻省理工学院的工程师们正在制造毛皮状的、内衬有毛发的橡胶潜水衣,这可能有助于冲水者保暖。
 
海狸和海獭没有海象和鲸鱼那样的厚厚的脂肪层。然而,这些小型的半水生哺乳动物在潜水时能够保持温暖甚至干燥,通过将温暖的空气包裹在浓密的皮毛中。天富平台优势
 
受这些毛茸茸的游泳者的启发,麻省理工学院的工程师们现在制作了类似毛皮的橡胶皮,并利用它们来识别一种机制,即当毛皮被注入液体时,空气被困在每根毛发之间。
 
发表在《物理评论流体》杂志上的研究结果,为诸如海狸这样的哺乳动物在水下潜水时如何隔离自己提供了详细的机械理解。这些发现也可以作为设计生物灵感材料的指南——最显著的是,温暖、毛茸茸的潜水衣。
 
麻省理工学院机械工程系副主任Anette (Peko) Hosoi说:“我们对冲浪用的潜水衣特别感兴趣,因为冲浪时运动员要在空气和水环境之间频繁移动。”“我们可以控制头发的长度、间距和排列,这使我们能够设计纹理来匹配特定的潜水速度,并使潜水服的干燥区域最大化。”
 
Hosoi的合作作者包括主要作者和研究生Alice Nasto,博士后Jose Alvarado,应用数学讲师Pierre-Thomas Brun,都来自麻省理工学院,以及前访问研究员Marianne Regli,和Christophe clarenet,都来自法国的巴黎理工大学。
 
冲浪科学
 
该研究的动机是2015年的一次台湾之旅。Hosoi领导着麻省理工学院的STE@M(麻省理工学院体育技术与教育)项目,该项目鼓励学生和教师从事有助于推动体育技术发展的项目。2015年夏天,Hosoi带着STE@M学生团来到台湾,参观了几家体育用品制造商,其中包括潜水服制造商Sheico group。
 
“他们对可持续发展很感兴趣,并问我们,‘有没有生物灵感的潜水衣解决方案?’”Hosoi说。“在水中进进出出的冲浪者,想要在离开水时保持灵活,并尽可能快地排水,但在水下时保留热管理特性以保持温暖。”
 
当团队从旅行回来后,细井把这个问题分配给纳斯托,鼓励她在自然界中寻找可以作为温暖、干燥、流线型潜水服设计模型的例子。在她的文献搜索中,纳斯托把注意力集中在半水生哺乳动物上,包括海狸和海獭。生物学家曾观察到,这些动物在皮毛中捕捉空气。
 
纳斯托还了解到,这种动物身上覆盖着两种类型的皮毛:又长又细的“保护”毛,它充当着短而密的“内毛”的盾牌。生物学家们认为,这些保护毛可以阻止水进入绒毛,从而使温暖的空气滞留在动物的皮肤上。但正如纳斯托指出的那样,“人们对这一过程并没有彻底的机械理解。这就是我们的切入点。”关于天赋平台
 
雄厚的财力
 
该团队制定了一个计划:制造出精确的、不同尺寸的毛皮状表面,以不同的速度将表面浸入液体中,并用视频成像技术测量每次潜水过程中被困在毛皮中的空气。
 
为了制造出毛茸茸的表面,Nasto首先在小丙烯酸块上用激光切割出数千个小孔,制作了几个模具。对于每一个模具,她都使用软件程序来改变每根头发的大小和间距。然后,她在模具中填充一种叫做PDMS(聚二甲基硅氧烷)的软铸橡胶,并在固化后将毛茸茸的表面从模具中拉出来。
 
在他们的实验中,研究人员将每个毛发表面安装到一个垂直的电动舞台上,毛发朝外。然后,他们将这些物体的表面浸入硅油中——他们选择这种液体来更好地观察气囊的形成。
 
随着每个表面的下沉,研究人员可以看到毛发中液体和空气之间的清晰边界,空气在毛发中更靠近表面形成更厚的一层,并随着深度逐渐变薄。在不同的表面中,他们发现那些毛发较密的动物,在更快的速度下坠时,毛发中通常会保留一层较厚的空气。
 
毛皮的陷阱
 
从这些实验中可以看出,毛发的间距和它们俯冲的速度,在很大程度上决定了一个表面能捕获多少空气。Hosoi和Nasto随后开发了一个简单的模型,用精确的数学术语来描述这种空气捕获效应。为了做到这一点,他们将毛发表面建模为一系列的管,代表每个毛发之间的空间。然后,他们可以模拟每个管道内的液体流动,并测量产生的液体层和空气层之间的压力平衡。
 
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