蛇皮:机器人和赛车的设计突破?

尽管蛇的皮肤像骨头一样干燥，但我们通常认为它是湿的、光滑的。这是有原因的——这种动物已经进化出一层鳞片，可以帮助它们在任何表面上轻松滑动。

大自然的设计实际上更复杂然而，这不仅仅是为了制造一个超级光滑的表皮:每一个鳞片都与后面的鳞片重叠，以减少前方的摩擦力，同时在鳞片的后部产生足够的摩擦力，让蛇向前推进。每一个秤的建造也最大限度地抗磨损。

专家的摩擦控制和耐用性使蛇皮和蜥蜴皮对那些想要把这些特性植入机器的工程师来说非常有趣。

最终，仿制的爬行动物材料可能会在高端汽车工程中找到用途，比如一级方程式赛车，或者在未来一代的汽车中搜救和探索机器人建模的蛇。

德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员称他们做到了借来的设计从非洲蟒蛇和沙蜥的腹部鳞片。他们创造的纹理表面在测试中减少了40%的滑动摩擦力。

“如果摩擦能减少1%，我们的工程师同事会很高兴;40%真的是一个飞跃，每个人都非常兴奋，”材料科学家和首席研究员Christian Greiner说。

他们用激光蚀刻直径为三分之一英寸的钢钉头部，从而制造出光滑的表面。他们尝试了两种模式:一种是在x和y方向上完全重叠的刻度，另一种是在行方向上的刻度。每个刻度为50微米。

在另一个表面上移动针脚的测试表明，有鳞片排列的纹理比重叠的纹理产生的摩擦力小。与完全光滑的表面相比，两个表面产生的摩擦都要小得多:与光滑表面相比，重叠的鳞片减少了22%的摩擦，而鳞片排列减少了40%。

结果的差异让研究人员感到惊讶，特别是因为重叠的鳞片更接近真实的蛇皮。

“这个结果有点出乎我们的意料，因为我们预计(窄的、重叠的尺度)比宽的尺度更有益，因为它们更接近自然的灵感，”他们在本月发表在杂志上的研究中写道生物灵感和仿生学。

当粗糙的表面与油接触后，摩擦减少的效果就消失了，这意味着它们只能在干燥、多沙的环境中工作，比如它们的精灵动物居住的地方。

格里纳说:“这并不是什么大惊喜，因为我们一直从大自然中寻找灵感，而我们模仿的物种——皇家蟒蛇和一种名叫沙鱼石龙子的蜥蜴——生活在非常干燥的环境中，皮肤上不分泌油或其他液体。”

研究人员说，他们的纹理可能在许多应用中有用，主要是在微尺度和更小的应用。它们可用于机械零件和加速度计等敏感传感器的涂层。