從鴨子獲得靈感,科學家想幫船隻裝上「合成羽毛」降低水阻力

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 05 日 10:15 | 分類 環境科學 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


鴨子、鵝等水鳥在特殊的羽毛結構跟獨特的保養護理方式下,基本上不用擔心身體被淋濕,達到良好的保溫效果,最近美國科學家便以鴨子蓬鬆的羽毛為靈感,研發「合成羽毛」,希望最終能提高船隻航行速度。

water off a duck’s back」,就如英文充耳不聞俚語所形容的,鴨子之所以在水中翻滾一圈也不會溼答答,是因為鴨子羽毛排列緊密又多層,羽毛上更覆一層油脂,鴨子會輕啄尾羽的「尾脂線」,把油脂均勻地塗在全身的羽毛上,水流過也不留下痕跡,甩一甩就能保持乾燥。

鴨子羽毛排列也非常緊密,羽毛之間的縫隙非常細小,彷彿有一層空氣層隔離水珠,羽毛的微觀結構也是防水關鍵,維吉尼亞理工學院暨州立大學(維吉尼亞理工大,Virginia Tech)便以羽毛為靈感謬思,想藉由大自然的力量改變船體,降低航行水阻力。

維吉尼亞理工大團隊在壓力室進行實驗,首先將鴨子羽毛一部份密封起來,並把沒有密封的羽毛擺同側堆成一疊,最後再倒水並以壓力推動水往下流。他們發現羽毛愈多層,就需要愈大的壓力讓水流下。論文通訊作者 Jonathan Boreyko 表示,團隊假設是以多層的羽毛,讓水不容易流過、但底下仍有氣囊,藉此來維持乾燥,甩一甩即可把水珠甩出。

研究團隊更補充,每種鴨子的羽毛層數都是恰到好處的,通常鴨子會從水面上潛入水中覓食,因此羽毛層數也會依照潛入深度改變,好比常見的綠頭鴨有四層羽毛,再怎樣都會保持至少一層羽毛乾燥,之後即可抖掉水珠。

(Source:維吉尼亞理工大

研究團隊也野藉由壓力室實驗,設計船舶用的「合成防水羽毛」,他們首先在薄薄的鋁箔雷射切割出 1 公厘的溝槽,並在上面蝕刻出類似毛髮的奈米結構,打造出表面積大、容易捕捉空氣的結構,研究成品也符合期待,團隊表示,這項技術最終可以打造出船用羽毛,幫助減少航行阻力,甚至能避免藤壺附著。

Boreyko 表示,如果我們把船想像成一隻機械鳥,那們現在的船都正在「裸泳」,我們想知道,幫他穿上羽毛衣之後,增幅效果是否能跟真的水鳥一樣。

(首圖來源:pixabay