向蛇學(xué)習(xí)

朱崇愷

德雷塞爾大學(xué)工程學(xué)院副教授希沙姆（Hisham Abdel-Aal）博士通過研究蛇皮，幫助工程師改進(jìn)物體紋理表面的設(shè)計(jì)，以便控制摩擦力的大小，而這項(xiàng)研究成果可以應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)缸套、假肢關(guān)節(jié)上，甚至是鞋子上。

希沙姆是一位具有摩擦學(xué)專業(yè)知識(shí)的機(jī)械工程師，為更好地理解和量化蛇移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦的方式，他已經(jīng)收集和分析了蛇皮近十年。最近，他在《生物醫(yī)學(xué)材料力學(xué)行為雜志》上發(fā)表了一篇論文，解釋了如何將這種自然數(shù)據(jù)移植到商業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，這一過程被稱為“生物啟發(fā)式表面工程”。

研究從提取蛇皮的紋理特征開始。他收集了40種不同品種的350種完整皮膚樣品，然后用掃描電子顯微鏡檢查其質(zhì)地和微觀特征。蛇鱗具有不可見的小頭發(fā)狀結(jié)構(gòu)，稱為原纖維。盡管它們的長度僅為1微米（約為人類頭發(fā)寬度的1/100），但原纖維以及它們?nèi)绾闻帕惺瞧洚a(chǎn)生摩擦能力的關(guān)鍵。原纖維的定位以及尺寸、形狀、硬度和尺度分布為每條蛇創(chuàng)造了獨(dú)特的摩擦特性—這正是希沙姆采集和編目的原因。

除此之外，希沙姆的工作還綜合了大量關(guān)于蛇運(yùn)動(dòng)的物理研究和蛇在波動(dòng)、滑動(dòng)、滑動(dòng)和側(cè)風(fēng)作用下摩擦力的測量。通過將這些測量與他為每條蛇創(chuàng)建的紋理輪廓交叉引用，希沙姆將物理特性與其對(duì)蛇的力學(xué)的影響也聯(lián)系了起來。