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超能吸!我能吸起比自己重1000倍的东西

生物 鱼 吸附 吸盘 压强 工程 吸力

王金荣 发表于  2016-12-12 18:29

飞檐走壁的武侠梦一直让人憧憬,而自然界中就有这么一群天才,它们拥有先天的特殊装置,使其能够在各种壁面上飞速运动。科学家已发现的就有壁虎、甲虫、蜘蛛、蜗牛、喉盘鱼、章鱼、䲟鱼等等。

比如,壁虎依靠其脚底的刚毛通过分子间作用力的方式实现壁面吸附,并通过卷曲撕开实现脱离。而条纹喉盘鱼则依靠鳍部边缘的绒毛增加摩擦力,并密封吸盘,从而实现负压吸附,其产生的吸力约为300倍自身重量。

300倍哎,感觉很厉害?中国有种鱼类,它们吸盘的吸力能够超过自身重量1000倍!目前我们就正在关注这种贵州爬岩鳅的吸附力,近期在Scientific Reports上发表了相关研究。

贵州爬岩鳅的胸鳍和腹鳍组合成吸盘状,能够吸附在湿滑的岩石表面,拥有头沿激流,顺岩攀爬的绝技。贵州爬岩鳅“刮”食石头上的苔类或丝藻,所以目前多作为水族箱中的“清道夫”,用来清理水族箱壁面的杂质。

贵州爬岩鳅腹侧微观结构,微气泡群对贵州爬岩鳅的吸力至关重要。

我们发现,贵州爬岩鳅在光滑表面的吸力超过自身重力的1000倍,以至于自身的脊柱都无法承受如此强劲的吸附力!

在显微镜下,贵州爬岩鳅的吸盘与壁面之间出现了一种奇怪的图案,液体清晰地被密密麻麻的微气泡分为了内外两侧。通过对照实验发现,这些微气泡群对贵州爬岩鳅的吸力至关重要,能使贵州爬岩鳅的吸盘无需直接接触壁面即可形成良好的密封效果。

由于周围压力高于内部压力,这能使吸盘紧紧地吸附在物体表面。进一步试验后,我们发现在肉眼看来完全是光滑的鱼鳍表面,通过共聚焦显微镜却发现微气泡存在的鱼鳍表面有若干凸起结构。

贵州爬岩鳅各方向切向力大小。它们总是尽量保持在切向摩擦力较大的位置。

对贵州爬岩鳅行为的观察发现,无论急流从哪个方向冲击而来,它们总会调整自身位置使头部朝着急流的来向。经过切向力的实验,发现沿贵州爬岩鳅的各个方向的切向力呈现明显的不同,这种策略使其自身的切向摩擦力处于较大值,以足够地应对来流冲击。

经过显微CT扫描分析还能够发现,贵州爬岩鳅在受到往后的力时,鱼鳍由折叠变为展开,而如此之后,腹部空间变大,内部压力变得更小,吸附力增大。

CT扫描剖视图。在受到往后的力时,鱼鳍会展开。

贵州爬岩鳅常以它奇特的外形和特有的活动方式,吸引了观赏鱼爱好者的目光。现在,贵州爬岩鳅强劲的水下吸附能力及各向异性的切向力性质又为仿生学提供了新的模板。

在吸附的状态下,贵州爬岩鳅可以在垂直壁面及天花板面自由运动,就是借助其鱼鳍展开或内敛的切换实现的各向异性切向力。前进时鱼鳍内敛,低摩擦阻力;静止时鱼鳍展开,高摩擦阻力。

贵州爬岩鳅的特殊鱼鳍结构及微观结构可以应用在特种吸盘及爬壁机器人等领域,实现无需携带真空装置即可飞檐走壁的梦想。

贵州爬岩鳅的运动及仿生应用。

(编辑:Jerrusalem)

参考文献

  1. Zou, J. et al. The Adhesive System and Anisotropic Shear Force of Guizhou Gastromyzontidae. Sci. Rep. 6, 37221; doi: 10.1038/srep37221 (2016).

热门评论

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全部评论(23)
  • 1楼
    2016-12-12 18:35 果尼玛

    沙发!!

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  • 2楼
    2016-12-12 18:42 wuou 果壳网副主编

    好棒的清道夫!

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  • 3楼
    2016-12-12 19:35 梦游侠

    骨骼精奇…..


    来自 广告位招租
    [5] 评论
  • 4楼
    2016-12-13 00:22 Mr.Gold

    这个光吃藻不行吧,我家之前有一只特彪悍,敢跟缸里最大的子陵虾虎打架抢红虫吃

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  • 5楼
    2016-12-13 00:44 yyk寒风

    感觉原理没说明白

    来自山寨果壳.wp
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  • 6楼
    2016-12-13 01:30 光-0430

    示意图那条鱼好萌


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  • 7楼
    2016-12-13 09:25 大头米少

    就是知道它能吸,还能动。其它的就云里雾里了

    [1] 评论
  • 8楼
    2016-12-13 10:37 花生油a-13

    骨骼看着像鳐鱼的

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  • 9楼
    2016-12-13 10:40 gkab12ba12
    引用@wuou 的话:好棒的清道夫!

    不是清道夫啊,花鸟市场把这个叫小提琴鱼。

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  • 10楼
    2016-12-13 14:20 天降龙虾
    引用文章内容:贵州爬岩鳅在光滑表面的吸力超过自身重力的1000倍,以至于自身的脊柱都无法承受如此强劲的吸附力!

    所以呢?这吸附力是怎么测出来的????????

    [0] 评论
  • 11楼
    2016-12-13 14:52 爱抚

    成人用品店:
    老板,来5只清道夫

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  • 12楼
    2016-12-13 15:22 ay9o.

    每次给鱼缸换水时最讨厌这家伙,粘在玻璃上,怎么铲都铲不下来,倒掉水也没用,只能等它自己下来

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  • 13楼
    2016-12-13 16:51 xml123

    看标题还以为是说吸水材料。

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  • 14楼
    2016-12-13 20:29 一半冰山

    这种鱼真的不太好养,喜欢较低的温度,高氧,流动性高,洁净度高的水,但是清理青苔的作用真的不高

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  • 15楼
    2016-12-13 21:08 CJ_55803

    贵爬好厉害

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  • 16楼
    2016-12-13 22:27 苇天涯

    不知道鲍鱼的吸力处于什么水平。

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  • 17楼
    2016-12-14 01:11 昵称叫神马呢

    贵州爬岩鳅:要论吸力,在座的各位,都是……

    藤壶:都是什么?

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  • 18楼
    2016-12-14 02:33 鱼大雷

    五十坐地

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  • 19楼
    2016-12-14 03:46 路小艾

    这仿生学,不就是挂衣服的吸盘嘛~

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  • 20楼
    2016-12-15 16:14 小可爱在不在啊啊啊啊

    研究的时候是不是宰了很多只

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  • 21楼
    2016-12-16 09:48 maosl

    每个泡碗都是吸盘吗?

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  • 22楼
    2016-12-16 17:31 ay9o.
    引用@一半冰山 的话:这种鱼真的不太好养,喜欢较低的温度,高氧,流动性高,洁净度高...

    不好养么,当初我鱼缸里孔雀鱼换了好几批它一只活的最好

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  • 23楼
    2016-12-19 10:41 雪是天使

    小时在滩头把石头捞出来用网兜在下面接,有时它们顺势随水流掉下来,有时扒着石头不肯下,这时用手真的很难抠下来。

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王金荣
王金荣 浙江大学邹俊课题组

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