科学家用3D打印揭示鲨鱼游泳的秘密
日前，哈佛大学的科学家们使用3D扫描与3D打印技术制造出仿真鲨鱼皮，他们发现，鲨鱼皮上的一种独特构造能够提升6.6％的鲨鱼游泳速度。
如果在足够近的距离观察，你会发现鲨鱼圆滑的肌肤上穿插着数以百万计微小重叠的牙齿状鳞屑，称为“细齿”。这种细齿扰乱了水在鲨鱼体表的流动路线，减少了水的阻力。
但科学家并不知道这一过程究竟是如何发生的。“你总不能在真正的鲨鱼皮上进行调试。”哈佛大学的George Lauder说。所以Lauder和他的同事Li Wen和James Weaver决定尝试人工复制一个鲨鱼皮来代替。
在当地的鱼市场找到一个灰鲭鲨后，Lauder对其表面进行了高分辨率3D扫描。接下来，他和Li Wen放大了灰鲭鲨表面的一个只有0.15毫米长的锯齿以便建立该结构的详细模型，然后汇集数千个类似的锯齿形成鲨鱼皮的3D模型。
单锯齿的3D模型
下一个步骤就是构建鲨鱼皮肤。“在考虑了一些方法后，我们认为把硬质细齿嵌入到柔性衬底材料的唯一途径就是使用3D打印机。”Lauder回忆说，但这件事说起来容易做起来难。
“我们必须弄清楚如何使用多种材料将其打印出来...这些锯齿嵌入到皮膜里而且互相重叠，对3D打印而言是个很大的挑战。” Lauder回忆说。
然而，经过一年时间测试各种材料、各种打印方案后，Weaver终于制出了令人信服的样品，将细齿固定在弹性支承物上。据了解，由于3D打印机的限制，打印出的人工细齿要比真正灰鲭鲨皮肤上的细齿大10倍左右。
“在SEM（扫描电子显微镜）里看到皮膜表面上一排排的人造细齿是我们的一个伟大的时刻。” Lauder笑道，他承认，在研究论文里的扫描电镜图片是他近年来最喜欢的图片之一。
3D打印人造鲨鱼皮，包括嵌入在柔性薄膜中的坚硬“细齿”
但人造鲨鱼皮如何在实际中发挥功能呢？
研究团队将3D打印的人造鲨鱼皮贴到柔性箔上，这样它可以在流动的水里保持静止或像一个游动的鱼那样拍打移动，并在水箱研究它。
然后，他们观察到，在最低流速状态下，带有人工鲨鱼皮的箔及能够减少8.7％的阻力；虽然在最高流速条件下人造鲨鱼皮遇到的阻力要比光滑的皮膜高15％。然而，当研究团队让箔像真正的鱼那样摆动时，鲨鱼皮能够提高6.6％的速度，而耗费的能量减少了5.9％。
研究团队的下一个任务是测试当细齿的排列改变时会如何影响鲨鱼皮的性能。然而，Lauder并不认为我们很快就会穿上人造鲨鱼皮制成的泳衣：“制造技术面临的挑战是巨大的。”他说。
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