這是一只鳥!這是一架飛機(jī)!這是一條鯊魚?近日，來(lái)自哈佛大學(xué)的研究人員將研究方向轉(zhuǎn)向了最兇猛的水下掠食者-鯊魚，為下一代飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)和汽車的設(shè)計(jì)提供了靈感。據(jù)研究人員介紹，鯊魚皮可以提供寶貴的見(jiàn)解，創(chuàng)造更多的空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)。

由哈佛大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家和工程師以及南卡羅來(lái)納大學(xué)成員組成的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最近展示了3D打印鯊魚皮的靈感結(jié)構(gòu)的能力，這種結(jié)構(gòu)可以幫助迎來(lái)?yè)碛行乱淮嗫諝鈩?dòng)力學(xué)的飛機(jī)、無(wú)人機(jī)和其他系統(tǒng)。據(jù)悉，該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在“皇家學(xué)會(huì)界面雜志”上。

研究結(jié)果顯示，鯊魚和飛機(jī)實(shí)際上可能不像人們想象的那樣不同。(可以肯定的是，我以前從來(lái)沒(méi)有想到過(guò)這兩者之間的關(guān)系。)“兩者的設(shè)計(jì)都是為了有效地通過(guò)流體(水和空氣)，利用其身體的形狀來(lái)產(chǎn)生升力并減少阻力。不同之處在于，鯊魚在進(jìn)化過(guò)程中大約用了4億年的時(shí)間。”

鯊魚皮是特別的，雖然看起來(lái)很光滑，但實(shí)際上卻覆蓋著數(shù)以千計(jì)的細(xì)小齒狀體。George Lauder教授將其與人類牙齒比較，這些小齒根據(jù)它們?cè)邗忯~身上的位置而具有不同的形狀和大小。到目前為止，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，鯊魚游動(dòng)時(shí)齒狀體的主要功能是減少阻力，但是現(xiàn)在哈佛大學(xué)的研究人員有理由相信，它們實(shí)際上可能是為了改善升力。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)是通過(guò)3D打印來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后者被用來(lái)重新創(chuàng)建一個(gè)用于各種實(shí)驗(yàn)的shortfin mako的小齒。研究人員說(shuō)，shortfin mako是漫游在海洋中的最快的鯊魚之一，它有一種特殊的齒狀，它們的三個(gè)隆起(像三叉戟)是值得注意的。

哈佛大學(xué)研究人員使用微型CT掃描儀掃描鯊魚的細(xì)齒，然后將三維細(xì)齒結(jié)構(gòu)整合到弧形機(jī)翼結(jié)構(gòu)上。這部分被稱為翼型，然后進(jìn)行3D打印并測(cè)試其空氣動(dòng)力學(xué)特性。

“機(jī)翼是所有空中設(shè)備的主要組成部分，”這項(xiàng)研究的第一作者、哈佛大學(xué)博士生August August Domel對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。“我們希望在翼型上測(cè)試這些結(jié)構(gòu)，以此來(lái)衡量它們對(duì)升力和阻力的影響，以用于各種空中設(shè)備(如無(wú)人機(jī)、飛機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī))的設(shè)計(jì)中。”

研究人員在對(duì)水流槽內(nèi)部的多個(gè)版本進(jìn)行了廣泛的3D打印并測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)齒狀結(jié)構(gòu)不僅減小了阻力，而且還有效地提高了升力。這個(gè)團(tuán)隊(duì)甚至把它們比作“大功率、低調(diào)的渦流發(fā)生器”，這種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)被安裝在大多數(shù)汽車和飛機(jī)上，并有助于改變車輛的空氣流動(dòng)來(lái)改善空氣動(dòng)力學(xué)。

Domel補(bǔ)充道：“與沒(méi)有渦流發(fā)生器的翼型相比，這些受鯊魚啟發(fā)的渦流發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)將升阻比提高高達(dá)323%。憑借這些概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)證明，這些受生物啟發(fā)的渦流發(fā)生器具有超越傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的潛力。”

數(shù)字證明：3D打印的鯊魚皮很可能是飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、汽車和渦輪機(jī)的未來(lái)。