毛茸茸的潜水服可以让你保持温暖

忘记光滑的潜水服吧——皮毛大衣也许有一天能帮助潜水员在水下保持温暖。

海豚和鲸鱼依靠厚厚的脂肪在冷水中保暖，而海豹和海獭则依靠浓密的皮毛在身体上形成一层空气。由于空气的导热性不如水，因此空气层可以隔绝热量的流失。

现在，麻省理工学院的机械工程师爱丽丝·纳斯托 (Alice Nasto) 创造了这种毛皮的人工模拟物，以观察这些毛发如何保护这些航海生物。

“我们的研究小组研究了许多受生物启发的流体力学问题，例如蜗牛如何利用粘液运动，或者水黾如何在水上行走，”纳斯托说。

研究人员使用激光切割的丙烯酸模具制作了由硅橡胶制成的毛茸茸的表面。接下来，他们试验了当这些材料以精确的速度浸入硅油等粘度各异的液体中时，毛发长度和毛发间距等毛发特性会产生什么影响。

纳斯托和她的同事发现，毛发的排列方式对它们抵抗潮湿的能力起着重要作用。具体来说，毛发越长、间距越紧密，表面捕获空气和保持干燥的能力就越强。

本质上，一排排的毛发可以起到一排排管子的作用。毛发越靠近，这些“管子”保持空气的能力就越强；毛发越长，这些“管子”可以捕获的空气就越多。“如果管子很短，它们浸入水中时会立即变湿——充满液体，”纳斯托说。“如果管子很长，它们可以阻止液体渗透，从而捕获空气。”

之前对防水表面的研究大多依赖于纳米至微米大小的材料结构，即分子和细胞的尺度。水滴可以停留在这些结构之上，就像钉床上的神秘主义者一样。

纳斯托和她的同事首次发现，毛发等尺寸为毫米至厘米的大型结构可以具有类似的防水性能。此外，研究人员表示，这种材料可能比结构较小的材料更容易制造。

纳斯托和她的同事们对从材料中垂直向上生长的短而硬、光滑且长度均匀的毛发进行了实验。未来的研究可以调查各种不同类型的毛发的性能，例如长毛、柔韧的毛发、硬毛、倾斜的毛发或长短不一的毛发。“皮肤油脂也可能对毛发的防水性产生影响，”纳斯托说。

纳斯托说，通过捕捉空气，毛发可以使潜水服更具浮力。她不确定这种多毛的潜水服会如何影响阻力。

此外，研究人员仅研究了当毛状结构从空气中浸入液体时空气是如何被困住的。“我们还需要研究当毛状结构从液体中被拉出时会发生什么；在这种情况下，液体会被困在毛状材料上。蝙蝠有毛状舌头，用这种机制来喝花蜜，”纳斯托说。“我们需要做的不仅仅是了解如何在潜入水中时保持干燥，还要了解如何在潜水和静止时保持干燥。这种理解对潜水服的材料很有用。”

科学家于 11 月 23 日在波士顿举行的美国物理学会流体动力学分会年会上详细介绍了他们的研究结果。