ビーバーちゃんにお任せください

ビーバーやラッコには、セイウチやクジラを断熱する厚い脂肪層がありません。それでも、これらの小さな半水生哺乳類は、暖かい毛皮の層に暖かい空気のポケットを閉じ込めることで、ダイビング中に暖かく、さらには乾燥した状態を保つことができます。

これらのファジースイマーに触発されて、MITのエンジニアは毛皮のようなゴムのような毛皮を作り、それらを使用して、毛皮が液体に浸されたときに個々の髪の毛の間に空気が閉じ込められるメカニズムを特定しました。

研究者たちは、アスリートが空気と水環境の間を頻繁に移動するサーフィン用のウェットスーツの改善に特に関心を持っています、と機械工学の教授でMITの副学長であるAnette（Peko）Hosoiは言います。

生物学者は、ビーバーや他の半水生哺乳類が毛皮に空気を閉じ込める、または同伴することを観察していました。しかし、大学院生のアリス・ナストが指摘しているように、そのプロセスを完全に機械的に理解することはできませんでした。それが私たちの出番です。

チームは計画を立てました。さまざまな寸法の毛皮のような表面を作り、さまざまな速度で表面を液体に浸し、ビデオ画像を使用して各ダイビング中に毛皮に閉じ込められた空気を測定します。

毛むくじゃらの表面を作るために、Nastoは最初に、シンプルな設計ソフトウェアを使用して小さなアクリルブロックに数千の小さな穴をレーザーカットし、ビーバーの毛の寸法と間隔を模倣して、いくつかの型を作成しました。次に、型に柔らかいゴムを充填し、硬化したら得られた表面を引き出して、細い髪の柔らかい毛皮を作成しました。

研究者たちは、髪の毛を外側に向けて、各表面を垂直の電動ステージに取り付け、表面をシリコンオイルに沈めました。これは、エアポケットの形成を観察しやすくするために選択した液体です。

より高速で液体に沈められたより密度の高い毛皮のある表面は、一般に髪の毛の中に厚い空気の層を保持していた、とナストは観察した。次に、チームは、このエアートラッピング効果を正確な数学的用語で説明するための単純なモデルを開発しました。

これでデザインスペースが定量化され、「このような髪の毛の密度と長さがあり、これらの速度でダイビングしている場合、これらのデザインは空気を閉じ込めますが、閉じ込めることはありません」と細井氏は言います。ウェットスーツをデザインする場合に必要な情報はどれですか。もちろん、クッキーモンスターのように見える非常に毛深いウェットスーツを作ることもできます。それはおそらく空気を閉じ込めるでしょうが、それはおそらくそれを回避するための最良の方法ではありません。

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