对于人类来说,大雨落到脸上最多令人有些不舒服。但是对于像蝴蝶一样纤小细腻的生物来说,掉落的雨水相当于从天而降的保龄球!简直要命。
对此,纽约康奈尔大学的生物和环境工程师Sunghwan Jung及其他研究人员分析了高速水滴对羽毛、树叶以及蝴蝶、蛾子等昆虫翅膀的冲击。他们发现,这些生物表面上的微结构不仅能够防水,还可以让击中它的高速水滴迅速碎裂散开,从而在雨中起到保护作用。
这些微结构由微米级的小凸起与纳米级的蜡质疏水层组成。在它们的共同作用下,可以极大减少雨滴的冲击。雨滴下落速度可以达到10米/秒,击中蝴蝶翅膀的威力相当于一个保龄球从天上掉下来砸在人身上,因此翅膀上的疏水层对蝴蝶的生存至关重要。
他们观察到,水滴与叶子或蝴蝶翅膀的表面碰撞时,会掉落到微小的凹凸纹理上,这些微小的纹理会在微型水体中产生像冲击波一样的波浪。这些波相互干扰,导致液滴在散布时形成褶皱图案,其整个厚度各不相同。
然后,就像水滴将要反弹一样,波浪效应使翅膀表面的毛刺在水膜上穿孔,从而将水滴破裂成微小的碎片。
这些天然表面上的纳米级蜡层有助于斥水。研究人员发现,这与水珠破碎效果一起,将液体与翅膀表面之间的接触时间减I少了多达70%。
反过来,这减少了热量和动量传递。这对于需要保持温暖才能飞越并逃脱食肉动物的昆虫来说,意义非凡。
这些表面结构还减少了翅膀与冰冷雨滴的接触时间,可以避免失温。它也有望为飞机机翼除冰涂料等材料的设计提供灵感。