Тюлени, киты и моржи счастливо плавают в холодных океанских водах, согретых толстым слоем жира. Морские выдры, хотя они так же счастливы, что могут прыгать через водные просторы, сравнительно стройны в сравнении. Причина? Их великолепные шубы. Густой пух примерно в 1000 раз плотнее человеческого волоса и может задерживать пузырьки воздуха, которые изолируют выдр в холодной воде.
Но до сих пор никто не изучал механику меха. Команда исследователей из Массачусетского технологического института недавно изучила свойства шерсти выдры и бобра, в надежде раскрыть ее нечеткие секреты. Их результаты, опубликованные в журнале Physical Review Fluids, могут послужить ориентиром для новых биоинспирированных материалов, включая теплые, пушистые гидрокостюмы.
«Мы особенно заинтересованы в гидрокостюмах для серфинга, где спортсмен часто перемещается между воздушной и водной средой», - говорит Анетт (Пеко) Хосои, старший автор исследования и инженер-механик в MIT, в пресс-релизе. «Мы можем контролировать длину, расстояние и расположение волосков, что позволяет нам проектировать текстуры, соответствующие определенной скорости погружения и максимизировать сухую область гидрокостюма».
Хосои говорит, что проект был вдохновлен ее визитом на Тайвань с группой студентов. Они посетили производителя спортивных товаров, который делал гидрокостюмы, и компания спросила, есть ли у студентов какие-либо идеи относительно устойчивых или биологически вдохновленных материалов или настроек для создания лучших костюмов. Вернувшись домой, Хосой поручил аспирантке Алисе Насто мозговые штурмы. Насто понимал, что мех полуводных млекопитающих может иметь какое-то отношение к этой проблеме, но никто еще не вникал в механику их шкур.
Исследователи обнаружили, что более длинные защитные волоски задерживают капли воды, предотвращая их проскальзывание в шкуру к более короткому подшерстку, который удерживает воздушные карманы, которые изолируют кожу выдры, сообщает Weston Williams для The Christian Science Monitor . Чтобы проверить идею, они изготовили похожие на мех поверхности с тысячами мягких резиновых волосков, имитирующих мех выдры или бобра. Затем они прикрепили волосатые поверхности к моторизованной сцене и погрузили их в силиконовое масло, чтобы проверить, как плотность волос повлияла на образование воздушных карманов. Оказалось, что чем плотнее волосы и чем быстрее материал погружался, тем больше воздуха задерживалось. Согласно пресс-релизу, команда смогла выразить эти отношения как уравнение.
Результаты могут революционизировать дизайн гидрокостюма. «В настоящее время гидрокостюмы изготавливаются из тяжелых неопреновых резиновых материалов», - говорит Насто Уильямсу. «Интересно, что воздух в 10 раз лучше изолирует, чем неопреновый каучук. Поэтому, если бы вы могли изготовить костюм из текстиля, улавливающего такую же толщину воздуха, что и толщина типичного резинового костюма, он был бы в десять раз более изолирующим, а также более легким ».
Но это исследование может иметь гораздо более широкое применение. Уравнение, описывающее эту взаимосвязь, может быть полезно для производственных процессов, таких как промышленное нанесение покрытия погружением, помогая исследователям рассчитать, как долго погружается объект, прежде чем он начнет захватывать воздух.
Не совсем очевидно, как волосы можно наносить на гидрокостюм, но исследователи думают об этом. «Конечно, вы могли бы сделать очень волосатый гидрокостюм, похожий на Cookie Monster, и он, вероятно, захватил бы воздух», - говорит Хосой в пресс-релизе. «Но это, вероятно, не лучший способ сделать это».
