凹凸不平的身体让甲虫从空气获取水

资料来源:SOLVIN ZANKO/MINDEN PICTURES

为了在非洲西南部干旱的荒野中生存，纳米布沙漠甲虫可以从稀薄的空气中获取水分。这种蓝莓大小的昆虫把它凹凸不平的身体靠在风中，让水滴积累并从它的翅膀滴落到嘴里。

多年来，科学家们一直试图了解这种昆虫的秘密，以便为缺水地区提供干净的水。现在，一组研究人员对昆虫的身体结构如何帮助它收集水分有了更好的理解。

当纳米布沙漠甲虫在阳光下“晒太阳”时，水滴会击中它的腹部并滚下它的身体。研究人员花了几十年时间试图找出昆虫的表面是如何将水滴输送到嘴里的。但是首先，甲虫必须收集水滴。因此，美国俄亥俄州阿克伦大学的物理学家亨特·金(Hunter King)和他的同事将注意力转向甲虫的形状和纹理如何增加它们从空气中捕捉到的水滴数量。

研究人员利用3D打印技术创造了几个表面纹理不同的球体——凹凸不平、有凹槽且光滑，并在一个专门设计的风洞中对它们进行了测试，看它们能从雾蒙蒙的微风中获得多少水分。他们发现不平的表面是一个雾“磁铁”。一个表面有一个1毫米大小的肿块的球体，其捕捉水滴的效率几乎是一个光滑球体的2.5倍。

为了理解微观层面上发生的事情，金联系了动物运动专家玛蒂娅·加佐拉和他在伊利诺伊大学厄巴纳分校的研究生范佳婵。研究人员已经建立了一个计算机模型来观察水滴上不同的流体动力如何使水滴或多或少地附着在球体的表面结构上。

研究小组发现一个重要的因素是表面润滑的程度。如果总有一层薄薄的水，水滴就不可能附着在上面。研究人员最近在华盛顿西雅图举行的美国物理学会流体力学分会年会上报告说，表面的微观结构(微米级的光滑度或粗糙度)会影响液滴的行为。

如果研究人员能利用这些特性创造出更有效的甲虫材料，工程师就能为帐篷设计一种集水装置。它可以捕捉风中的水滴，也可以制成瓶子自动补充空气中的水分。