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受鱼嘴启发的高效过滤器造出

受鱼嘴启发的高效过滤器造出

  鲸鲨等滤食性鱼类有一个特殊技能——大口吃东西的时候,能在保留食物颗粒的同时滤除不想要的杂物,并且永远不会被堵塞。美国一个研究小组受此启幸运28发开发出一种高效的仿生学过滤器。该研究为设计出更有效的工业过滤器铺平了道路,有望在诸多领域获得应用。

  滤食性鱼类的这种技能,让不少科学家为之着迷。但使其口腔过滤器避免堵塞的流体动力学过程,在过去一直无人知晓。

  在新研究中,美国威廉与玛丽学院的劳莉·桑德森和她的团队借助3D打印技术,制造出了一个锥形的尼龙塑料模型,用其模仿匙吻鲟幸运28和姥鲨口腔中被称为鳃弓的结构。鳃弓,是硬骨或软骨形成的弓形结构,用于支撑鱼鳃,能加速水在鱼口腔中的流动,形成水流和涡旋。这种独特的结构会让小颗粒集中,提高滤食性鱼类的捕食效率。

  桑德森团队对该模型和三种匙吻鲟的口腔结构进行了测试,结果发现,模型中的过滤结构和鱼的过滤结构,都能通过在液体中产生涡旋的方式来捕获食物颗粒,防止堵塞。

  研究小组发表在《自然—通讯》杂志上的论文称,该装置不但具有高效的过滤能力,甚至还能捕获比过滤器网眼更小的颗粒。这项发现可在生产啤酒和奶制品等一系列对液体有效过滤有需求的工业上获得应用。

  研究人员称,该研究提出了一种被称为“涡旋跨步式过滤”的新模式,可将其推导到其他拥有类似口腔结构的滤食性生物上,例如蝌蚪、鸭子、鲸鱼等。该成果有望带来更高效快捷的工业过滤方式。