没有腿的蛇通过肚子上的鳞片抓住地面移动。只在需要向前移动的点产生摩擦，防止它的鳞片因过多摩擦造成磨损。卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员已经找到一种方法将这个特点转移到移动系统的组件上。通过这种方式，人工髋关节，计算机硬盘或智能手机的耐久性可能会增强。

图像显示了垂直和水平方向重叠的鳞片结构

(图片来源: 卡尔斯鲁厄理工学院Christian Greiner)

没有腿的蛇通过肚子上的鳞片抓住地面移动。只在需要向前移动的点产生摩擦，防止它的鳞片因过多摩擦造成磨损。卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员已经找到一种方法将这个特点转移到移动系统的组件上。通过这种方式，人工髋关节，计算机硬盘或智能手机的耐久性可能会增强。

“在几个单独组件的系统中，摩擦和磨损是两个最大的问题。”应用材料研究所的Christian Greiner说。在自然界中可找到解决方法：蛇，如球蟒，或蜥蜴，比如沙鱼石龙子，利用摩擦向前移动，由于它们的鳞片，摩擦可降低到最小。与Michael Schäfer一起，Greiner开发了一个工艺，将爬行动物的鳞片结构转移到机电系统的组件上：通过光纤激光器，他们将鳞片放到直径8毫米的钢螺栓上。

利用两种不同的结构，材料研究人员研究鳞片的距离是否影响摩擦行为。在第一个结构，鳞片重叠彼此排布非常紧密，如球蟒腹部的鳞片。第二个结构的鳞片以更大的距离垂直排列，如沙鱼石龙子的表皮。“在我们的实验中，行间距离是我们用激光可产生的最小距离。但并不完全对应于沙鱼石龙子的鳞片结构，”Greiner说。然而在未来，研究人员计划做出更接近自然界的原始结构。

每个鳞片5微米高，横向尺寸为50微米(10-6米)，对应于头发的直径。在自然界中，蛇鳞片的尺寸大约为300到600纳米(10-9米)。沙鱼的鳞片为2×3毫米(10-3米)。因此，激光制备鳞片的尺寸并不对应于爬行动物的鳞片。然而，科学家的另一项研究揭示，尺寸的改变不会导致人工结构的效果低于自然结构：为了模拟壁虎脚的“粘合”和自洁性，研究人员使用比动物的脚大100倍的弹性微丝，具有相同的粘合力。

为了研究鳞片是否减少摩擦，Greiner和Schäfer 将螺栓结构化表面固定到旋转盘上。实验在有或没有润滑剂(1毫升矿物油)的条件下开展。对于有油润滑的实验，科学家们使用钢盘。在干滑动摩擦条件下，使用直径为50毫米的蓝宝石盘。

润滑条件下的实验结果显示，与非结构化的螺栓相比，窄和宽排布的鳞片均增加摩擦：宽鳞片摩擦增加1.6倍，窄鳞片摩擦增加3倍。在无润滑状态，宽鳞片结构摩擦降低了40%以上，而窄鳞片结构摩擦降低了22%。

研究人员没有预料到在润滑和无润滑条件下，窄排布的鳞片结构会增加摩擦的实验结果：“我们假设窄鳞片结构更有效，因为它更接近自然，”Greiner说。他们成功地排除较低的摩擦是由激光表面改性引起：“鳞片上和鳞片之间，材料比未经处理的材料更柔软。只有激光切割后的边缘变得更加硬但没有与旋转盘接触。因此，我们断定，鳞片会减少摩擦。”

目前，材料研究人员计划研究螺栓的摩擦是如何改变的，当鳞片尺寸变化或使用更硬的材料时。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮