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3D打印鲨鱼皮,有望创造新一代泳衣

吴亭蓉2014-05-20 16:29:05

很多人都熟知鲨鱼皮泳衣,它能减少阻力从而提高游泳者在水下的速度。最近,哈佛大学在对鲨鱼皮的研究上又有了新突破 —— 3D 打印鲨鱼皮。

想像鲨鱼一样在海里快速的游动吗?

很多人都熟知鲨鱼皮泳衣,它能减少阻力从而提高游泳者在水下的速度。最近,哈佛大学在对鲨鱼皮的研究上又有了新突破 —— 3D 打印鲨鱼皮。

早在两年前,哈佛大学的科学家们就发现了鲨鱼皮上的小齿鳞屑对水流的影响是使鲨鱼可以在水里快速游动的原因。但当时的技术还不能观察到这种皮肤结构是如何影响水流,更无法通过改变小齿的进行进一步的测试。那时哈佛大学的 George Lauder 教授曾表示他们希望有一款模型来观察皮肤上小齿的排列对水流的影响,最好还能通过电脑模型对它阻力和推力进行分析。 

这些当年的阻碍都因为 3D 打印技术的出现而得到了解决。科学家们在当地的水产市场买了一条活鲨鱼,通过显微镜拍摄高分辨率的皮肤小齿照片,再进行放大和分解。他们根据这些资料,他们在电脑里重建小齿的 3D 模型,最后组装成鲨鱼皮肤,再通过 3D 打印机打印出合成鲨鱼皮。

“考虑了各种解决方案后,要在灵活的膜上牢固、精确地镶嵌这些小齿,3D 打印是唯一的办法” George Lauder 教授说。但实践中却并不简单,为了要在不同的材质上打印,他们试验了一段时间才找到如何在技术和材料上的契合方法。

通过调整各种参数和建立模型,科学家们在测试中得出,水流速度较低的情况下鲨鱼皮可以减少 8.7 %的阻力,然而在水流速度高的时候反而会增加 15% 的阻力。但如果模拟成鱼鳍的形状,可以减少 5.9% 的能量支出并且增加 6.6% 的游动速度。

George Lauder 教授表示:“人工合成鲨鱼皮需要在灵活柔软的膜上排列坚固的小齿从而让仿生皮肤可以像真的鲨鱼皮一样弯折。” 这项技术未来可以让游泳者更轻松、更快速地在水里游动,也可以让水下的机器人或船只在更加低耗能的情况下,更灵活地在水里移动。

鲨鱼皮作为高科技泳衣技术曾红极一时,因为它让不少运动员打破了世界纪录。自 2000 年 Speedo 推出第一款鲨鱼皮泳衣,雅典奥运会上 83% 穿着鲨鱼皮的选手获得了奖牌, 15 项世界纪录里有 13 项被打破。而第二三代鲨鱼皮也同样帮助运动员提高了游泳速度。第四代鲨鱼皮泳衣在 2008 年北京奥运会上让菲尔普斯创造了 8 金神话,2008 年里这张鲨鱼皮让 100 项世界纪录被打破。然而,这些高科技泳衣都已经是过去的神话了。因为 2010 年国际泳联禁止所有游泳赛事里使用高科技泳衣,参赛者只能使用纺织材料制成的无袖泳衣参加比赛。

尽管不能看到鲨鱼皮在国际赛事上创造辉煌,但它的技术突破仍然能帮助我们更加自由地在水里畅游。

题图来自 Fastcompany

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