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Remora灵感的吸盘模仿鱼的粘附能力 提供进化的洞察力

Rem鱼是海洋世界着名的搭便车,头部背面拥有高功率吸盘,可以鱼雷般的方式将自己附着在可以提供食物和安全的大型主机上 - 从鲸鱼和鲨鱼到船只和潜水员。

remora附着力的关键在于磁盘众所周知的产生吸力的能力,以及磁盘内尖尖骨骼所产生的摩擦力,称为薄片保持其主机。然而,驱使remora独特光盘形态演变的因素长期以来一直困扰着研究人员寻求理解,甚至设计新的设备和粘合剂,模仿鱼类不可能锁定各种表面类型而不伤害宿主或消耗大量能量,在极端海洋力量下,一次几个小时。

在新泽西理工学院(NJIT)领导的一项研究中,研究人员展示了一种新的生物学启发的remora圆盘,能够复制吸力和摩擦的被动力,为鱼的能力提供动力,证明比实际测量值高出60%。适用于附着在鲨鱼皮上的活羚羊皮。

研究人员表示,利用光盘模型探索remora椎间盘的进化驱动因素,该研究结果证明,今天的蜥蜴生活物种随着时间的推移已经进化出更多的薄片,以增强其保持力和附着于更广泛的寄主的能力。表面更光滑,从而增加了生存的机会。

该研究以Bioinspiration和Biomimetics为特色,表明该光盘模型可用于为未来设计更有效,成本更低的粘合剂技术提供信息。

秒速飞艇官网“重塑胶粘剂机制背后的美丽在于生物组织固有地完成了大部分工作,”负责该研究的新泽西理工学院生物科学教授布鲁克弗拉芒说。“这项研究最重要的方面是我们的机器人光盘完全依赖于驱动重塑中粘合机制的基础物理学,使我们能够确定生物学相关的性能并深入了解remora光盘的演变。这在以前是不可能的过去需要操作人员控制系统的设计。“

从许多最接近清道夫的祖先(如军曹鱼(Rachycentron canadum))中分离出来的蛤蟆鱼(Echeneidae家族)被认为首先开始附着在具有粗糙表面的宿主上,类似于鲨鱼,它们已经进化出它的吸力近3200万年前,背鳍刺的椎间盘突出。今天生活的remoras圆盘现在有一个肉质柔软的外唇用于抽吸,而圆盘的内部容纳更多线性的组织(薄片)与齿状组织投影(小刺),鱼引起,以产生与各种宿主的摩擦在搭便车时防止滑倒的车身。

根据Flammang的说法,虽然科学家已经阐明了remora修改后的鳍结构的起源,但是磁盘演化的基本方面在很大程度上仍然不清楚。

Flammang说:“remora光盘的演变在很大程度上是未知的。”“在化石记录中有一种化石蜥蜴,Opisthomyzon,有一个盘片的薄片[比今天的蜥蜴]更少,没有刺向头后部。”

Flammang说这提出了两个问题:“如何”和“为什么”。

Flammang解释说:“背鳍的'如何',虽然中间的进化阶段尚不清楚。”“如果你看一下remoras的系统发育,它表明那些被认为更有衍生物的物种有更多的薄片......'为什么'被认为是粘合性能,但在本文之前从未测试过。”

要了解更多信息,该研究的第一作者,Flammang实验室的前研究员Kaelyn Gamel设计了一种来自市售三维印刷材料的重新启发光盘,可以自动保持与各种表面的连接,并通过添加和去除薄片进行修改,使团队能够研究增加的层状数对剪切粘附力的影响。

“我们的光盘能够在作为被动系统的同时添加和移除薄片,这使我们能够改变光盘的摩擦量以及光盘内的环境压力,”Gamel说,现在是博士。阿克伦大学研究员。“我们能够根据薄片数量的变化来比较无摩擦,一些摩擦和大量摩擦之间的差异。”

该团队与阿克伦大学的研究员Austin Garner合作,在他们的模型盘水下进行了拉脱测试,试验了模型的层状数(最多12个薄片)来测量剪切力和拉动时间来自硅模具的圆盘,表面从完全光滑到超过鲨鱼皮肤粗糙度(350目,180目和100目)。

总体而言,该团队发现他们的光盘粘合性能与光盘薄片的增加密切相关,观察到9到12片薄片之间吸力的“最佳点”。当修改为12个薄片和294个小刺片时,该团队的圆盘仅重45克,经受住了27 N(牛顿)力50秒 - 几乎是通常从鲨鱼中取出蜥蜴的力的三倍。测试还显示,至少需要6个薄片 - 这个在3200万年历史的化石Opisthomyzon上偶然发现的数量 - 才能保持粘附力。

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