New Beaver-Inspired潜水服可能有助于保持冲浪者的温暖 2016-12-05 09:15:01

$888.88
所属分类 :基金

受到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正在制造毛皮般的橡胶状衬里潜水服,这可能有助于保持冲浪者的温暖

海狸和海獭缺乏厚厚的鲸脂层来隔离海象和鲸鱼然而这些小的,半水的哺乳动物可以在潜水时保持温暖甚至干燥,通过在茂密的毛皮层中捕获温暖的空气袋,受到这些模糊游泳者的启发,麻省理工学院的工程师现在已经制作了毛皮状的橡胶状毛皮并用它们来识别空气被困的机制当毛皮投入液体时,各个毛发之间的结果发表在“物理评论流体”杂志上的结果提供了详细的机械理解,了解海狸等哺乳动物如何在水下潜水时进行隔离

这些发现也可作为设计生物灵感材料的指南 - 最值得注意的是,温暖,毛茸茸的潜水服“我们特别感兴趣的是冲浪潜水服,运动员经常移动b在空气和水环境之间,“机械工程教授兼麻省理工学院副系主任Anette(Peko)Hosoi说道

”我们可以控制毛发的长度,间距和排列,这使我们能够设计出符合某些特征的纹理

潜水速度最大化并最大化潜水服的干燥区域“Hosoi的合着者包括主要作者和研究生Alice Nasto,博士后JoséAlvarado,应用数学教师Pierre-Thomas Brun,都来自麻省理工学院,以及前访问研究员Marianne Regli和Christophe Clanet,法国ÉcolePolytechnique,冲浪科学该团队的研究受到2015年台湾之旅的推动,Hosoi领导麻省理工学院[电子邮件保护](麻省理工学院体育技术与教育),该计划鼓励学生和教师寻求帮助的项目推进体育技术2015年夏天,Hosoi将一群[电子邮件保护]学生带到台湾,在那里他们参观了几家体育用品制造商s,包括潜水服制造商,Sheico集团“他们对可持续性感兴趣,并问我们,'是否有一种生物启发的潜水服解决方案

'”Hosoi说“进出水的冲浪者想要灵活,在离开水面时尽快脱水,但保留热管理属性,以便在被淹没时保持温暖“当团队从旅途中返回时,Hosoi将问题分配给Nasto,鼓励她在自然界找到可能的例子作为温暖,干燥,流线型潜水服的设计模型在她的文献搜索中,Nasto专注于半水生哺乳动物,包括海狸和海獭生物学家观察到这些动物陷入或“夹带”空气中的皮毛纳斯托也了解到动物被两种类型的毛皮覆盖:长而薄的“护卫”毛发,作为更短,更密集的“底毛”的盾牌生物学家认为护毛可防止水渗透到底层, ereby将温暖的空气夹在动物的皮肤上但正如Nasto所说,“对这个过程没有彻底的机械理解,这就是我们进入的地方”深口袋团队制定了一个计划:制作各种尺寸的精确毛皮状表面,以不同的速度将液体表面浸入液体中,并通过视频成像测量每次潜水过程中被困在毛发中的空气为了制造多毛的表面,Nasto首先通过激光切割数千个小丙烯酸块中的小孔来制造几个模具

模具,她用一个软件程序来改变单个头发的尺寸和间距她然后用一种叫做PDMS(聚二甲基硅氧烷)的软质铸造橡胶填充模具,并在它们固化后将毛状表面从模具中拉出来

在他们的实验中,研究人员将每个毛状表面安装到一个垂直的机动台上,头发朝外

然后将表面浸入硅油中 - 这是他们选择更好地观察的液体形成任何气穴当每个表面向下凹陷时,研究人员可以在毛发内看到液体和空气之间的清晰边界,空气在靠近表面的毛发中形成较厚的层,并逐渐变薄,深度在各种表面中,它们发现那些以更高速度坠入的毛皮更密集的毛发通常会在毛发内留下更厚的空气层 毛皮陷阱从这些实验中,看起来单个毛发的间距以及它们被暴跌的速度,在确定表面可以捕获多少空气Hosoi和Nasto然后开发出一个简单的模型来描述这种空气方面发挥了重要作用

在精确的数学术语中捕获效应为了做到这一点,他们将头发表面建模为一系列管子,代表各个头发之间的空间然后他们可以模拟每个管子内的液体流量,并测量所得到的液体之间的压力平衡

空气层“基本上我们发现水的重量正在推动空气进入,但液体的粘度阻止流动(通过管道),”Hosoi解释说“水粘在这些毛发上,防止水渗入所有的他们的基础方式“Hosoi和Nasto将他们的方程应用于实验数据并发现他们的预测精确匹配数据研究人员现在可以准确地预测空气的厚度根据他们的等式“人们已经知道这些动物使用他们的皮毛捕获空气”,ayer将围绕一个毛茸茸的表面,“Hosoi说:”但是,鉴于一块皮毛,他们无法回答这个问题:这是不是陷阱空气与否

我们现在已经量化了设计空间,可以说,'如果你有这种头发的密度和长度,并以这些速度潜水,这些设计会捕获空气,而这些不会'如果你是的话,你需要的信息是什么

设计一个潜水服当然,你可以制作一个看起来像Cookie怪物的毛茸茸的潜水服,它可能会陷入空气,但这可能不是最好的解决方法“JoséBico,ESPCI的讲师(市中心)巴黎巴黎工业物理与化学高等教育机构)指出该集团成果的另一个应用:工业浸涂工艺,将表面浸入聚合物中以获得均匀的保护涂层“空气或液体夹带是一种在很多工业涂料应用中都很重要,“没有参与研究的Bico说

”例如,许多处理涉及将物体浸入某种液体的浴液中

在这种情况下,你不希望空气保留tr apped这个模型告诉我们在捕获空气之前可以快速“浸泡”这项研究部分由国家科学基金会出版物:Alice Nasto等人资助,“毛发表面的空气夹带”,Phys Rev Fluids 1,033905 ,2016; doi:101103 / PhysRevFluids1033905资料来源:Jennifer Chu,麻省理工学院新闻