Почему акула плавает так быстро? 3D-печатная искусственная кожа акулы поможет раскрыть тайну

16 Мая 2014
2894
0

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!
Подробнее >>>

Ученые из Гарвардского университета создали искусственную кожу акулы, используя технологии 3D-сканирования и 3D-печати. В ходе работы они выяснили, что благодаря ее удивительной структуре акула плавает на 6,6% быстрее.

Только если вы подойдете к акуле очень близко, вам удастся разглядеть, что ее лоснящаяся кожа усеяна миллионами микроскопических зубовидных чешуек, накладывающихся друг на друга. Эти чешуйки называются плакоидной чешуей или кожными зубами. Плакоидная чешуя разрывает гладкий поток воды вокруг тела акулы, снижая сопротивление, которое замедляет ее.

Однако ученые не знали точно, как именно все это происходит. «Невозможно изменить настоящую кожу акулы», - объясняет Джордж Лаудер из Гарвардского университета. Поэтому Лаудер с коллегами Ли Веном и Джеймсом Вивером решили попробовать сделать искусственную кожу.

Найдя акулу-мако на местном рыбном рынке, Лаудер отсканировал поверхность ее кожи в высоком разрешении. Потом он с Веном увеличил одну из чешуек (длиной всего 0,15 мм), чтобы сделать детальную модель ее структуры, и спроектировал 3D-модель кожи акулы, состоящую из тысяч таких чешуек.

3D-модель одной плакоидной чешуйки
3D-модель одной плакоидной чешуйки

Следующим этапом стало изготовление кожи. «Обдумав несколько вариантов действий мы решили, что единственно верный способ закрепить твердые чешуйки на гибкой подложке – воспользоваться 3D-принтеров», - вспоминает Лаудер. Как выяснилось, сказать было проще, чем сделать.

«Мы потратили немало сил, пытаясь понять, как напечатать кожу из разных материалов… Чешуйки крепятся к мембране и накладываются друг на друга, и это оказалось самой большой сложностью», - говорит Лаудер.

Спустя год исследования разных материалов, подбора протоколов печати и вариантов увеличения и размещения чешуек Виверу в конце концов удалось изготовить вполне реальный образец чешуек, закрепленных на гибкой подложке. В связи с ограничениями 3D-печати искусственные плакоидные чешуйки получились в 10 раз больше настоящих чешуек, которыми покрыта кожа акулы-мако.

«Когда мы рассматривали микроизображение изогнутой мембраны с чешуйками в растровом микроскопе, эмоции просто переполняли нас, - улыбается Лаудер, который, кстати, признался, что это изображение стало одним из его любимых за последние годы работы.

3D-печатная искусственная кожа с жесткими «плакоидными чешуйками», закрепленными на гибкой мембране
3D-печатная искусственная кожа с жесткими «плакоидными чешуйками», закрепленными на гибкой мембране

Но насколько хорошо искусственная кожа ведет себя в воде?

Ученые прикрепили искусственную кожу акулы к гибкой пленке, которая может оставаться неподвижной в текущей воде или подражать движению живой рыбы. Исследование проводилось в цистерне с водой.

Они были впечатлены, когда увидели, что пленка с кожей снижает сопротивление воды на 8,7% при низкой скорости течения, хотя если скорость течения высокая, кожа производит на 15% больше сопротивления, чем гладкая мембрана. Тем не менее, когда пленка начала извиваться как рыба, скорость плавания выросла на 6,6%, потребляя при этом на 5,9% меньше энергии.

«Впервые кому-то удалось измерить энергетические затраты акулы во время плавания и выяснить, как изменяется ее скорость относительно гладкой поверхности», - говорит Лаудер.

Теперь ученые намерены выяснить, как расположение чешуек влияет на скорость движения акулы. Правда, Лаудеру кажется, что купальные костюмы из искусственной кожи акулы едва ли появятся в магазинах в ближайшем будущем. «Слишком много сложностей для производителей», - сказал он.

Искусственная кожа впечатлила Оливера Криммена, эксперта по рыбам из Музея естественной истории, который прежде консультировал торговую марку Speedo по вопросам дизайна купальных костюмов.

«Диву даюсь, как им удалось так точно повторить настолько сложную структуру? – сказал он BBC, – В этом вся технология 3D-печати, какое восхитительное воплощение ее возможностей».

Статья подготовлена для 3DToday.ru

Данная новость перенесена в архив новостей.

Следите за развитием технологии в блогах пользователей 3D-принтеров.
Самые интересные новости индустрии 3D-печати теперь расположены в новостных блогах.
16 Мая 2014
2894
0

Написать комментарий

Последние распечатанные 3D модели

nolgen
Распечатано на: Kossel Kit
nolgen
Распечатано на: Kossel Kit
vyachik
Распечатано на: Prusa i3 Kit

Новые 3D-модели

петух форма для печенья
anatolii
петух форма для печенья
Снеговик 2х-сторонний 2017, remix
sergei541
Снеговик 2х-сторонний 2017, remix
загородный дом
1337
загородный дом
чехол 5s
anastasia_cool
чехол 5s