牵引是很重要的。人类一直在不断地发现感兴趣如何更好地跨越湿或冷冻表面安全——无论是提高鞋走在人行道上或轮胎回旋余地道路。但是可以让一些北极动物走和跑在冰没有下滑,所以轻松和优雅?三个大学的研究人员阿克伦(UA)深潜入北极熊的betway苹果爪子。他们的研究发表在11月出版的《英国皇家学会界面。
为什么北极熊?
项目团队包括阿里DhinojwalaH.A.莫顿教授高分子科学的聚合物高分子科学与工程,纳撒尼尔Orndorf2022年博士毕业,受聘担任高级材料科学家普利司通美洲,和奥斯丁获得2021年博士毕业,锡拉丘兹大学的生物学教授助理。项目开始时的高度大流行期间被封锁。
“我们有一个正在进行的项目多年来专注于冰;我们的摩擦材料和我们这个话题很感兴趣,因为我们在阿克伦和我们国家的合作伙伴需要开发轮胎强劲有力的路上在冰雪条件下,”Dhinojwala说。“内特有兴趣自然雪已经适应了这种解决方案。来到他的头脑是北极熊的例子——和研究开始从那里。”
这个项目非常跨学科,结合生物和材料研究的方法和技术。Orndorf和Dhinojwala高分子科学家生物学整合到他们的研究,而获得一种动物的生物学家将材料科学融入他的研究。
这个想法是看北极熊的爪垫。回顾旧文学,研究团队发现以前的工作研究了微观结构(乳头状突起,小疙瘩垫的脚)的北极熊的爪子和断言,改善牵引的乳头状突起是适应雪。之前的研究没有包括其他种类的熊因此获得帮助识别两个物种北极熊密切相关(棕熊和美国黑熊)和一个远亲(太阳熊)包括在这项研究中。
“安静的实验室COVID期间给我的机会与各种各样的全国各地的科学家和环保主义者,“Orndorf说。“我伸出博物馆、动物标本剥制师和许多其他人收集和查看实际样品和熊掌垫”的副本。
Orndorf然后加纳准备熊的爪垫样品使用扫描电子显微镜和成像。团队还创建的3 d结构不同直径和高度的打印输出功能。然后他们被雪在实验室测试,看看他们的反应条件。
团队发现所有熊(太阳熊除外)对他们的爪垫有乳头状突起,但乳头状突起对北极熊——高1.5倍。北极熊的更高的乳头状突起,帮助增加牵引力在雪地上相对较短的。尽管北极熊小爪垫相比其他物种(可能是因为更大的毛皮覆盖热量守恒),北极熊弥补较高的乳头状突起的小爪垫,给他们一个摩擦剪应力增加30 - 50%。
“北极熊的乳头状突起。以前的工作(在这方面)隐含的假设,即乳头状突起本身适应加强牵引在雪地上没有学习其他熊的爪垫。对我们来说是令人着迷的发现其他北美熊有乳头状突起的物理特性是重要的关于雪的牵引,”加纳说。
影响牵引
现在研究已经发表,其他科学家和制造商可以看具体项目中的应用。
“如果你看看雪地轮胎你会发现他们有一些更深层次的踏板,但这项研究还可以显示不同的方式设计,能产生更大的影响,”Dhinojwala说。
但是兴趣不只是轮胎制造商。“个人做高空攀爬对这个研究感兴趣,公司专注于交付货物在恶劣天气很想有更好的控制,等等。”他补充道。
相同的实验也可以进行动物,如狗、狼、狐狸和山羊来确定具体的雪/冰诱导表面粗糙度概要文件出现在不同的动物,[TE1]或者自然演变不同表面粗糙度的概要文件为了增加冰雪的牵引,并概要具有最好的性能。
在过去的研究
这不是第一个研究领域的牵引或在UA的控制。的一部分生物仿生研究中心(金砖四国)阿克伦betway苹果大学的,与教师在“金砖四国”合作计划,Dhinojwala和他的团队研究了壁虎附着力,蜘蛛丝,贻贝粘附,结构颜色灵感来自鸟类和其他生物。他的研究是在国家科学基金会的支持下,美国空军科学研究办公室和工业。
他的团队正在继续看冰,冰的形成,冰粘附等。研究汽车和航空行业很有帮助。他的学生刚刚开始使用NASA资助资助项目在这一领域。
“这是令人兴奋的给我们的学生这样有趣的研究项目的一部分,“Dhinojwala说。“我们队他们的资产,和许多继续他们离开后继续保持优秀的研究伙伴UA。”
“UA集成生物科学博士项目提供了非凡的跨学科研究的经验,在我的开发形成研究员合作——这当然是其中之一,”加纳说。“这对我来说是一个特别特别的经历,因为我的大部分工作在此之前有关注小蜥蜴,像壁虎一样,附着在表面。所以,这是一个令人兴奋的和有益的机会我现有的技能和专业知识应用于大型哺乳动物如熊。我在UA的集体经验和教职员工的支持和指导,帮助我准备我在生物学和当前位置BioInspired研究所雪城大学。”
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