蛇的皮肤表面激发了了不起的纪录,在高性能材料测试中,提供了惊人的40%减少摩擦的纪录。
这些新的表面可以改善机械部件中机器的可靠性,如高性能汽车,和添加软骨结构到工程师设计的新一代太空探索机器人。
一篇讨论这些结果的文章发表在2015年6月1日IOP出版的《Bioinspiration&Biomimetics 》杂志上。
生物学家已经研究了许多蛇和蜥蜴的皮肤,这些材料以在运动过程中降低摩擦而闻名。同时它们也耐磨损,特别是在干燥,多尘或沙的环境。
Greiner博士和他的团队所使用的激光蚀刻钢销的表面,使其酷似蛇皮的纹理。然后,他们测试了在当这些钢销移动时对另一面的摩擦。
在干燥条件下,例如没有油或其它润滑剂使,鳞片状表面上产生少得多的摩擦,减少40%,与光滑的表面对应。
首席研究员,Christian Greiner博士说:“如果我们仅仅减少摩擦1%,都足以使我们做工程的同事们感到高兴;而减少摩擦40%确实是一个飞跃,每个人都很兴奋。”
有可能的应用是制成微米或纳米尺度的机械装置。常见的例子有汽车防抱死制动系统,计算机硬盘驱动器,并呼吁加速计的部件,这意味着你的手机就可以判断它是在肖像或风景模式,你的运动手环可以在你移动时自动计步数。
“当工程师希望挑战极限时,我们的新表面纹理将主要进入自己,”Greiner博士说。
蛇的皮肤表面可在高端的汽车工程中使用,如一级方程式赛车;可用在高度敏感的科学设备,包括安装在同步加速器,如英国的钻石光源,或瑞士的大型强子对撞机传感器;任何地方的工程挑战都是进一步实现移动部件的小型化。
人们对于蛇皮材质启发的材料被用于制造机器人一直很有兴趣,意思是机器人的设计,而灵感来自于蛇,这可能帮助探索地球上很糟糕而严酷的环境,甚至在太空中。这个诉求的提出对Greiner博士的研究小组是新的挑战,即使材料仅在一个方向上减少摩擦。
任何感受过蛇的皮肤的人都会知道,蛇皮的鳞片都顺着同一方向,以此来帮助蛇的向前运动,同时抵制运动的倒退。钢销用于此研究,测试模仿蛇皮在整体表面纹理上,但至少在两个方向上减少摩擦。
Greiner博士用聚合物,更加紧密地模仿蛇皮仅在一个方向上减少摩擦,并取得了一些进展。他说这是他的初期工作,而以后的工作还没有计划进行发表。
唯一需要警告的是,这个新的表面不会在油或者润滑剂存在的环境中很好地工作。事实上,蛇皮效应可以产生比同等的平滑面多三倍以上的摩擦。