Песчанка не считается элегантной птицей. Фактически, он описывается в онлайновой базе данных ebird как "грязная, коротконогая, похожая на голубя птица, которая неловко шаркает по земле". Но у нее есть особый секрет: она может переносить воду весом около 15 процентов от веса своего тела во время коротких перелетов. В данном случае короткие перелеты составляют до 20 миль - достаточно, чтобы добраться от водопоя до гнезда. Ключом к этой способности является архитектура их брюшных перьев.
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Royal Society Interface, ученые использовали высокотехнологичные микроскопы и 3D-технологии, чтобы показать подробный дизайн этих перьев, надеясь, что это может вдохновить будущих инженеров на создание лучших бутылок для воды или спортивных гидратационных пакетов. Согласно пресс-релизу, команда исследователей заявляет, что они планируют "напечатать подобные структуры [как перья птиц] в 3D и найти им коммерческое применение".
Чтобы проследить за тем, как перья выполняют свою магию по удержанию воды, исследователи изучили образцы, полученные из музеев естественной истории, и рассмотрели сухие перья вблизи с помощью световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии и микротомографии. Затем они окунули их в воду и повторили процесс.
Они увидели, что сами перья состоят из сетки колючек, трубок, желобков, крючков и спиралевидных витков, с компонентами, которые могут изгибаться, скручиваться, собираться вместе и многое другое при намокании. Другими словами, они были оптимизированы для удержания и удержания воды.
Крупный план перьев куропатки. Университет Джона Хопкинса"Методы микроскопии, использованные в новом исследовании, позволили измерить размеры различных частей пера", - говорится в пресс-релизе. "Во внутренней зоне стержни колючек достаточно большие и жесткие, чтобы обеспечить жесткую основу, вокруг которой деформируются другие части пера, а барбулы маленькие и гибкие настолько, что поверхностного натяжения достаточно, чтобы согнуть прямые расширения в структуры, похожие на слезы, которые удерживают воду. А во внешней зоне стержни и барбулы еще меньше, что позволяет им закручиваться вокруг внутренней зоны, еще больше удерживая воду".
Кроме того, команда также использовала измерения размеров компонентов пера для создания их компьютерных моделей. Они также использовали эти цифры для расчета таких факторов, как сила поверхностного натяжения и жесткость сгибаемых компонентов.
"Увидеть такой уровень детализации... Это то, что нам нужно понять, чтобы использовать эти принципы для создания новых материалов", - сказал в пресс-релизе Йохен Мюллер, доцент кафедры гражданского и системного строительства Джона Хопкинса и один из авторов статьи.
Одним из вариантов использования этой конструкции может быть изготовление бутылок для воды, которые не позволяют воде разбрызгиваться. Другим возможным применением является включение кусочков этой структуры в сетку в пустынных районах для улавливания и сбора воды из тумана и росы.