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凯发k8娱乐国际娱乐 - “轻功水上漂” 壁虎是怎么学会的?

2020-01-11 17:19:03

来源:打古资讯

它的“水上漂”是独门绝技实验中使用的壁虎,就是常见的亚洲壁虎——你可能在你家里看见过。研究人员认为,壁虎的水上行走,其实是一种“半游半跑”的状态。而壁虎也是这样做的。“水上漂”的神功 被洗洁精打败了?为了造出会“水上漂”的机器人科学家考虑加条壁虎那样的尾巴壁虎是仿生学界的明星。论文的作者们认为,对壁虎“水上漂”能力的研究,未来可能会应用于开发水上机器人。

凯发k8娱乐国际娱乐 - “轻功水上漂” 壁虎是怎么学会的?

凯发k8娱乐国际娱乐,正值东南亚季风雨季。一场大雨过后,尤素菲在池塘上抓拍到让他目瞪口呆的一幕——为了躲避捕食者,一只壁虎在水面上穿行后,爬上附近一处树干。他把这段视频分享给实验室里的同学,大家都觉得有点惊讶。

“这简直太奇特,太意外了。自然而然的,我们开始对此展开研究。”论文的作者之一亚斯敏·尼罗蒂说。尼罗蒂当时也是伯克利分校的全日制学生,现在她在美国洛克菲勒大学和英国牛津大学都有研究项目。

体重不够轻,力气不够大它靠什么漂在水面?

自然界里,有多种生物能够在水上行走。根据体型不同,它们水上行走的原理也不同。

体型较小的水黾类昆虫,因为本身体重较轻,完全依赖水面张力,让自己浮在水面上。

水黾

体型较大的,如生活在南美热带雨林中的蛇怪蜥蜴,脚掌底部具有可张开或收拢的膜。当它在水面上奔跑时,这些膜就会张开,使脚掌与水面的接触面积大增。蛇怪蜥蜴使出“无影脚”,脚掌拍打水面,形成气泡。踢得用力,才能让它在水面上健步如飞。

蛇怪蜥蜴

这两套基本的原理,对壁虎来说有点尴尬。它的体重不够轻,水面张力不足以支撑起它;它的脚劲不够,如果它依样画葫芦,按照蛇怪蜥蜴的脚法,大概会淹死。

尽管壁虎不能长时间保持“水上漂”的状态,但是它水上行走的速度可不慢——每秒1米的速度(蛇怪蜥蜴为每秒1.5米)。这让加州大学伯克利分校的各位研究员产生了浓厚兴趣。

它的“水上漂”是独门绝技

实验中使用的壁虎,就是常见的亚洲壁虎——你可能在你家里看见过。

研究人员找来一个透明的大塑料箱,用激光切割器在箱子上制造出两个洞——“入口”和“出口”。他们在箱子顶部、周围都设置了高速摄像机,随时捕捉壁虎水面移动的画面。

准备完毕,实验开始。研究人员把壁虎放在入口处,轻触它的尾部。小家伙就开始向着水面游去。

研究人员认为,壁虎的水上行走,其实是一种“半游半跑”的状态。它只要做到“不下沉”、“向前冲”这两点,就能保持水上行走。高速摄像机拍摄画面证实了这种猜想。

高速摄像机拍摄的壁虎

水黾、蛇怪蜥蜴、短吻鳄都是它的师傅?

为了做到“不下沉”,壁虎打出了组合技——它同时利用了水黾和蛇怪蜥蜴的方法。

如果你滴一滴水珠在壁虎的身上,就可以发现它的皮肤是防水的。这种光滑皮肤,在水里就成了壁虎的冲浪板。

由于体型比昆虫大得多,壁虎不能只靠水面张力浮在水上。它需要不停地拍打,才能将头部维持在水面上。

“如果你从上往下看,你会觉得壁虎只是游得快,”尼罗蒂说,“但从侧面观察时,你就会发现,它的上半身和四肢几乎都是在水面上的。”

相比完全浸在水里游泳,壁虎把身体浮在水面上,大大地减少了阻力。这有利于壁虎做到“向前冲”。

它“划水”的姿势,让研究人员想起了另一种生物——短吻鳄。短吻鳄通过摆动身体和尾巴,做到快速游泳。而壁虎也是这样做的。

“水上漂”的神功 被洗洁精打败了?

尼罗蒂说,他们曾做过大量计算,认为壁虎拍水。实验证明了,水面张力确实起到了作用。

为了证明这一点,研究人员给水加了点“表面活性剂”。论文写得很学术,“表面活性剂”其实就是洗洁精。

这里必须得解释,水面张力是怎么回事。当水面受到外力作用时,表面的水分子倾向于聚集在一起,因而形成一定支撑力,能使非常轻的物体漂浮在水面。加入洗洁精,能显著减少表面水分子的结合,因而减小水面张力。

把一只水黾放入有洗洁精的水池,它就会下沉。因为这种生物完全依靠水面张力,浮在水面上。蛇怪蜥蜴则丝毫没有受到影响。壁虎也没有下沉,但研究人员发现,它“划水”的速度减半。

为了逃离捕食者壁虎的小心思还挺多

有意思的是,在肥皂水上的壁虎,个体与个体之间还存在差异。一些壁虎加倍努力,拼了命地朝着“出口”前进。

另一些壁虎就显得非常佛系。它们选择做一条“咸鱼”,沉到水底。壁虎能屏息数分钟,因此沉到水里并不意味着它们马上就会死亡。尽管如此,研究人员还是在30秒后,把这些沉到水底的壁虎救了出来。

尼罗蒂认为,这可能是壁虎的求生策略。与其在水面缓慢前进,不如躲到水底,屏住呼吸,伺机摆脱捕食者。

为了造出会“水上漂”的机器人科学家考虑加条壁虎那样的尾巴

壁虎是仿生学界的明星。它脚掌上数以万计的刚毛,让它轻易就能飞檐走壁;遇到强敌,自行断尾,尾巴还能再长出来。

论文的作者们认为,对壁虎“水上漂”能力的研究,未来可能会应用于开发水上机器人。基于蛇怪蜥蜴行走方式的水上机器人是可行的,但同时耗能太大。蛇怪蜥蜴在水上站立行走的行动模式,也让这类机器人显得不太稳定。

论文中有关壁虎行动模式的分析

壁虎水上漂的四大机制——半滑行、水面张力、拍水产生的气泡、身体和尾巴的摇摆

通过对壁虎的研究,科学家们正在考虑,给机器人加一条会摆动的尾巴,以加强向前推动力。研究人员还在研究,为水上机器人加一层像壁虎那样的防水皮肤,使得它们能够浮在水面,减小阻力。

“大自然有太多值得我们学习的了,”尼罗蒂说,“看到这些动物,从它们身上汲取知识,都会感叹大自然的鬼斧神工。”

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