非洲鸟如何激发更好的水瓶

一只鸟的羽毛的极端特写镜头具有不可思议的飞行能力，可以在飞行时保持水分，这可能会激发下一代吸收材料。

利用高分辨率显微镜和3D技术，约翰霍普金斯大学和麻省理工学院的研究人员从沙漠栖息的沙鸡中捕捉到了前所未有的羽毛视图，展示了它们羽毛的独特结构，并首次揭示了它们如何容纳这么多的水。

“看到大自然如何设法创造如此完美的结构来吸收和保持水是非常迷人的，”共同作者Jochen Mueller说，他是约翰霍普金斯大学土木与系统工程系的助理教授，专门研究智能材料和设计。“从工程的角度来看，我们认为这些发现可能会导致新的生物灵感创作。

该作品于今天(11月<>日)发表在《皇家学会界面杂志》上。

在非洲沙漠中发现的沙鸡通常筑巢在距离水坑约20英里的地方，以免受捕食者的侵害。为了给口渴的雏鸟带回家水，成年雄性表演了自然界最好的例子之一，携带、收集水和飞回家，考虑到沙鸡在水中容纳了大约 15% 的体重，并且在大约需要半小时的大约 40 英里/小时的回家飞行中保持大部分安全，这一壮举变得更加不同寻常。

雄性沙鸡是唯一已知像这样保持水分的鸟类——它们特别适应的腹部羽毛是关键。

其他研究人员在50多年前首次记录了这些非凡的腹部羽毛。但只有在这里，有了现代技术，团队才能最终展示羽毛是如何工作的。

穆勒和麻省理工学院的工程师洛娜·J·吉布森(Lorna J. Gibson)使用扫描电子显微镜，微计算机断层扫描，光学显微镜和3D摄像术对腹部羽毛的微观结构进行了归零，仔细观察了轴，每个轴只有人类头发宽度的一小部分，甚至更小的单个小节。

团队大大放大了羽毛，观察它们的干湿。然后，在一个既微妙又关键的动作中，在放大的同时，干燥的羽毛被浸入水中，拉出，然后重新淹没，就像水坑里的沙鸡一样。

“当你做这种类型的工作时，你甚至无法呼吸，否则你会把它吹走，”穆勒说。

穆勒将单个羽毛结构描述为“宏伟”，其组件以多种方式优化以保持和保持水分，包括它们的弯曲方式，小须在潮湿时如何形成保护性帐篷状簇，以及每个羽毛内的管状结构如何捕获水。

单个羽毛将水通过轴附近的倒钩森林，与尖端附近的卷曲倒钩一起工作，几乎像帽子一样。

“这就是让我们兴奋的原因，看到这种程度的细节，”穆勒说。“这是我们需要理解的，以便利用这些原理来创造新材料。

该团队还对羽毛的饮水量进行了计算建模。

Mueller和Gibson预计他们的发现将支持未来的工程设计，这些设计需要控制吸收，安全保留和易于释放液体。

可能的应用包括设计用于收集和保留沙漠地区雾露水的网;以及一个水瓶，旨在防止恼人的摆动和晃动。

对于水瓶或运动背包，他正在考虑一种可以安全地容纳大量液体的设计，但包括一个内部羽毛状系统，可以防止水在有人移动时四处摆动。他认为可以做到这一点的水袋包或水袋会特别受到跑步者的赞赏。

他还设想了更易于使用的下一级医用拭子，“在那里你可以有效地吸收液体，但释放它要容易得多，”他说，并补充说，释放功能是大流行期间收集 鼻腔测试样本的一个问题。