物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么?

物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么?2021年,科学家们发现,鲨鱼的螺旋形肠子的工作方式大致相同,有利于流体向一个方向流动--从头部到骨盆。华盛顿大学莎拉-凯勒实验室的物理学家伊多-莱文对流体通过这些鲨鱼螺旋形的物理流动产生了兴趣。2月20日星期一,在加利福尼亚州圣地亚哥举行的第67届生物物理学会年会上,他将介绍鲨鱼肠道的3D打印模型是如何帮助他们了解这些螺旋的工作原理的。Levin解释说,"2021年研究的研究人员将一根管子连接到鲨鱼肠道,并将带有甘油的水--一种非常粘稠的液体--通过这些管道。而且他们表明,如果这些肠子与消化道的方向相同,得到的液体流动速度比将它们反过来连接要快。从物理学的角度来看,这非常有趣......物理学定理指出,如果你拿着一根管子,让流体非常缓慢地流过它,如果你把它倒过来,流量不会有差别。因此,我们非常惊讶地看到与该理论相矛盾的实验。但是在生物界却并不完全遵循这一原理,因为肠子不是由钢铁制成的--它们是由柔软的东西制成的,所以当流体流经管道时,它会使它变形。"为了研究通过螺旋形管道的流体动力学,莱文和凯勒与他们在华盛顿大学纳尔逊小组的同事合作,创建了模仿鲨鱼肠道的软性三维结构。Levin说:"15或20年前,试图用人造材料重建这些形状是不可能的。当他们使用刚性材料来3D打印这些形状时,流体在一个或另一个方向上的流动没有区别。然而,使用较软的弹性材料打印形状,导致流体在一个方向上流动得更快。"利用这些3D打印的结构,该团队正在研究内部结构的半径、间距和厚度如何影响流体流动。使用较软的材料,他们还可以研究流速和管道如何变形之间的耦合关系。了解这些参数将有助于类似结构的工程设计,这些结构可用于软体机器人等事物。直到最近,机器人都是用刚性材料和铰链制成的。但使用可以以不同方式变形的软性材料,就像章鱼一样开辟了一个全新的世界,Levin解释说,"这是尝试理解膜和流动之间相互作用的基本力学的一个步骤"。有一天,这个看似简单的系统可以控制工业或医疗设备。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345369.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1345369.htm

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