Überlassen Sie es Biber

Bibern und Seeottern fehlt die dicke Speckschicht, die Walrosse und Wale isoliert. Und doch können diese kleinen, semiaquatischen Säugetiere beim Tauchen warm und sogar trocken bleiben, indem sie warme Lufttaschen in dichten Fellschichten einschließen.

Inspiriert von diesen flauschigen Schwimmern haben MIT-Ingenieure nun pelzartige, gummiartige Felle hergestellt und sie verwendet, um einen Mechanismus zu identifizieren, durch den Luft zwischen einzelnen Haaren eingeschlossen wird, wenn die Felle in Flüssigkeit getaucht werden.



Die Forscher sind besonders daran interessiert, Neoprenanzüge zum Surfen zu verbessern, wo sich der Athlet häufig zwischen Luft- und Wasserumgebungen bewegt, sagt Anette (Peko) Hosoi, Professorin für Maschinenbau und stellvertretende Leiterin der Abteilung am MIT.

Biologen hatten beobachtet, dass Biber und andere semiaquatische Säugetiere Luft in ihrem Fell einfangen oder einschließen. Aber wie Doktorandin Alice Nasto feststellt, gab es kein gründliches, mechanisches Verständnis dieses Prozesses. Hier kommen wir ins Spiel.

Das Team legte einen Plan vor: Stellen Sie pelzähnliche Oberflächen unterschiedlicher Größe her, tauchen Sie die Oberflächen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in Flüssigkeiten und verwenden Sie Videoaufnahmen, um die im Fell eingeschlossene Luft bei jedem Tauchgang zu messen.

Um haarige Oberflächen herzustellen, erstellte Nasto zunächst mehrere Formen, indem er mithilfe einer einfachen Designsoftware Tausende von winzigen Löchern in kleine Acrylblöcke laserschnitt, die in ihren Abmessungen und Abständen Biberhaare nachahmten. Dann füllte sie die Formen mit einem weichen Gummi und zog die resultierenden Oberflächen heraus, sobald sie ausgehärtet waren, wodurch weiche Felle aus feinem Haar entstanden.

Die Forscher befestigten jede Oberfläche auf einem vertikalen, motorisierten Tisch, wobei die Haare nach außen zeigten, und tauchten die Oberflächen in Silikonöl – eine Flüssigkeit, die sie wählten, weil sie es einfacher machte, sich bildende Lufteinschlüsse zu beobachten.

Oberflächen mit dichterem Fell, die mit höherer Geschwindigkeit in die Flüssigkeit getaucht wurden, behielten im Allgemeinen eine dickere Luftschicht im Haar, beobachtete Nasto. Das Team entwickelte dann ein einfaches Modell, um diesen Lufteinschlusseffekt in präzisen, mathematischen Begriffen zu beschreiben.

Wir haben jetzt den Designraum quantifiziert und können sagen: „Wenn Sie diese Art von Haardichte und -länge haben und mit diesen Geschwindigkeiten tauchen, werden diese Designs Luft einschließen und diese nicht“, sagt Hosoi. Das sind die Informationen, die Sie brauchen, wenn Sie einen Neoprenanzug entwerfen wollen. Natürlich könntest du einen sehr haarigen Neoprenanzug machen, der wie ein Krümelmonster aussieht und wahrscheinlich Luft einschließen würde, aber das ist wahrscheinlich nicht der beste Weg, es anzugehen.

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