Исследователи узнают, как плавающие утки балансируют давление воды в своих перьях во время ныряния.

Команда студентов, работающая с Джонатаном Борейко, доцентом кафедры машиностроения в Технологическом университете Вирджинии, открыла метод, который используют утки, чтобы удерживать воду в своих х во время ныряния, что позволяет им вытряхивать ее при всплытии. Открытие открывает двери для приложений в морской технике. Результаты были опубликованы в ACS Applied Materials & Interfaces.


Борейко имеет хорошо зарекомендовавшие себя работы в области механики жидкостей, включая изобретение туманной арфы и использование рециркулируемого пара в качестве охлаждающего устройства. По мере того как его исследования продолжались в течение последнего десятилетия, механика обезвоживания уток была одним из его самых продолжительных проектов.

«У меня возникла эта идея, когда я учился в Университете Дьюка, — сказал Борейко. «У меня было очень плохое место для парковки, но моя прогулка привела меня прямо через живописные Герцогские сады. Я прошел мимо прудов с множеством уток и заметил, что, когда утка выходит из воды, они трясут перьями и вода будет улетать. Я понял, что то, что они делали, было осушающим переходом, высвобождая воду, которая частично находилась внутри их перьев. Это было зародышем идеи. В моем исследовании, чисто случайно, я изучал то же самое вроде того. Я понял, что эти переходы работают только в том случае, если воде не позволяют доходить до дна пористой структуры пера ».

Борейко оставался заинтригованным тем, как было установлено равновесие, любопытствовал о механизмах, которые позволяют утке удерживать воду в своих перьях, не утопая полностью. Он привел Фарзада Ахмади в свою лабораторию в 2014 году, когда был аспирантом, и поделился этой интригой на одной из их первых встреч. Ахмади взял проект и углубился в детали. Их первый подход был прост — они пытались протолкнуть единственную каплю воды через натуральное утиное перо.

«Это не сработало», — сказал Ахмади. «Тогда у нас возникла идея построить барокамеру, чтобы пролить лужу воды через несколько слоев перьев».

Под ем

Сначала команде нужно было убедиться, что вода может проникать только прямо через перья, а не просто течь по их внешним краям. Для этого они запечатывали по одному перышку, оставляя открытой только небольшую область. Исследователи запечатали каждый слой, оставив открытую область в одном и том же месте на каждой поверхности. Это позволило им создать столбец открытых перьевых поверхностей вверх через штабель. На верхнюю открытую поверхность вылили тонкую лужу воды. Пакет был помещен в камеру высокого давления, и давление газа использовалось, чтобы протолкнуть воду вниз через перья. Внизу была размещена камера для наблюдения за водой, проходящей через слои.

В перьях есть отверстия микро-размера, крошечные щели, через которые проходит вода под давлением. Утка, сидящая на поверхности пруда, не испытывает никакого давления воды, поэтому проникновение воды незначительно. Однако ныряющая вниз утка сталкивается с постоянным увеличением гидростатического давления, что знакомо любому, кто ныряет в глубокую часть бассейна.

Ахмади обнаружил, что по мере увеличения количества слоев перьев давление, необходимое для проталкивания воды через все слои, также должно увеличиваться. Это устанавливает своего рода базовую линию, максимальное давление, до которого перья удерживают поступающую в них воду, но не позволяют воде достигать кожи утки.