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蝴蝶等昆蟲翅膀有雙重機制彈開雨水 助研更好防水物料

2020/6/15 — 15:51

對於人類而言,大雨落在臉上也有輕微被打的感覺,更何況如蝴蝶、蜻蜓等昆蟲呢?雨水對牠們的重擊足以嚴重破壞其飛行能力。上周刊於《美國國家科學院院刊 (PNAS) 》的研究以高速拍攝技術,了解不同動植物如何減輕雨水的潛在危險性。

紐約康奈爾大學的生物和環境工程學系團隊以每秒 5,000 至 20,000 幅相片速度,拍攝水高速灑落蝴蝶、飛蛾、蜻蜓、塘鵝羽毛和連香樹葉上的情況。團隊發現水滴與葉子或蝴蝶翅膀表面碰撞時,會掉落到微細的凹陷位或尖刺上,這些位置會在微型水體中產生像衝擊波一樣的波。當不同波互相干擾下,導致水滴在散佈時形成皺褶圖案,使水滴不同位置的厚度不一。

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Credit: Cornell University

Credit: Cornell University

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然後,當水滴將要反彈時,波浪效應使翅膀表面的尖刺在水膜上戳出洞孔,從而將水滴破裂成更微小碎片,再加上這些天然表面上的納米蠟層有助排斥水份,團隊發現,兩個因素都將液體與表面之間的接觸時間減少多達 70% ,同時也減少了熱量和動力傳遞。這對於需要保持肌肉溫暖才能飛行並逃脫食肉動物追捕的昆蟲而言有非常大的差異。

Credit: Kim, S.H. & et al. (2020).

Credit: Kim, S.H. & et al. (2020).

參與研究的生物和環境工程師鄭成煥(Sunghwan Jung 譯音)解釋,通過兩重結構:微米級粗糙凹凸的表面,與納米級蠟層,都令生物具有超疏水表面。團隊指這些發現都可以幫助工程師開發更好的防水物料,鄭成煥指這是一個很龐大的市場,但材質耐久性將會是研發最大考驗。

來源:
Science Alert, Butterfly Wings Conceal Hidden Structures That Destroy 'Deadly' Raindrops, 14 June 2020

報告:
Kim, S.H., Wu, Z.X., Esmaili, E. & et al. (2020). How a raindrop gets shattered on biological surfaces. PNAS Jun 2020, 202002924; DOI: 10.1073/pnas.2002924117

文/Alan Chiu

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