一只矮胖短腿的鸟如何改变水瓶的设计

沙鸡并不被认为是一种外表优雅的鸟类。事实上，在线数据库 ebird 将其描述为“一种矮胖、腿短、像鸽子一样的鸟，在地上笨拙地拖着脚步。”但它也隐藏着一个特殊的秘密：它可以在短距离飞行中携带约占其体重 15% 的水。在这种情况下，短距离最多为 20 英里——足以从水坑飞回巢穴。这种能力的关键在于它们腹部羽毛的结构。

在本周发表于《皇家学会界面》杂志的一项新研究中，研究人员使用高科技显微镜和 3D 技术揭示了这些羽毛的详细设计，希望它能启发未来的工程师制造更好的水瓶或运动补水包。根据新闻稿，该团队表示，他们计划“以 3D 形式打印类似结构（如鸟类羽毛）并进行商业应用。”

为了观察羽毛如何发挥吸水魔力，研究人员检查了从自然历史博物馆获得的样本，并使用光学显微镜、扫描电子显微镜和微型 CT 近距离观察了干燥的羽毛。然后，他们将其浸入水中，并重复该过程。

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他们发现，羽毛本身由倒钩、管子、凹槽、钩子和螺旋线圈​​组成的网格构成，这些部件在潮湿时会弯曲、卷曲、聚集在一起等。换句话说，它们被优化以保持和保留水分。

新闻稿称：“新研究中使用的显微镜​​技术可以测量羽毛不同部分的尺寸。在内层，羽枝轴很大，而且足够坚硬，可以为羽毛的其他部分提供刚性基础，而羽小枝很小，而且足够灵活，表面张力足以将笔直的延伸部分弯曲成可以容纳水分的泪珠状结构。而在外层，羽枝轴和羽小枝更小，可以让它们围绕内层卷曲，进一步保留水分。”

此外，研究小组还利用羽毛各部件的尺寸测量结果，制作了它们的计算机模型。他们还利用这些数字计算了表面张力和弯曲部件的刚度等因素。

约翰霍普金斯大学土木与系统工程系助理教授兼论文作者约亨·穆勒 (Jochen Mueller) 在新闻稿中表示：“要了解这种程度的细节……这就是我们需要了解的，以便利用这些原理来创造新材料。”

这种设计的一个用途是制作不会让水四处晃动的水瓶。另一个可能的应用是将这种结构的一部分融入沙漠地区的网中，以捕获和收集雾和露水中的水。