一项研究发现，水黾的腿毛是经过精心布置来排斥水的。哈佛大学的研究人员拍摄的三阶段现象，可以看到水分子在昆虫腿毛之间的移动，以及在被快速排开之前的扩张。

对昆虫解剖的深刻见解可能对筏和水性机器人的开发产生重大影响。

并且对其之前的猜测-他们的腿只是简单的疏水性或极难弄湿产生质疑。

工作原理

研究人员使用显微镜在高湿度条件下监测水黾，因为这是它们活动兴旺的气氛。

他们发现，头发虽然太接近使整个分子无法渗透，但其距离足以创造模仿浮动的张力。

每条腿都是个被倾斜、锥形毛覆盖的一厘米的气缸并形成锥形。

该公式-疏水性，几何形状和柔韧性的组合 - 利用了水的表面张力，在每个单独的毛发之间产生一个水的曲线，像一个平台。

它在高湿度条件下工作的最好，这是因为高的蒸气水平，防止了水饱和的危险。

起初，水分子凝结在毛发的表面上 - 也被称为刚毛 - 然后在它们之间慢慢下沉。

但当水滴在两根毛间汇合时这种运动就会停止，它不能走得更远。

由于“凝聚和聚结”，分子开始生长。

最终其达到“临界规模”，在两毛之间被挤压 - 直到它被突然排开。

一旦被排开，水滴将继续增长，导致过大不适于呆在水黾的腿毛之间。

该研究的作者写道：“这个规模的自推进是非常显着的，在这种情况下表面效应和具体接触角滞后可能会阻碍运动。”

这个复杂的下降驱逐机制可以分为三个步骤。

在步骤1中，液滴沿单一锥形毛发的表面自推进然后生长。

在步骤2中，生长导致刚毛阵列变形，这导致水的排出。

在步骤3中，腿部表面的聚结导致合并的液滴沿着所述表面快速各向异性运动或远离。

这个过程的关键是毛发的弹性，这为将液体排出提供了必要的能量。

他们有一定的“弹性”，但有足够的刚性来挤压水滴。

研究人员发现，排出水滴的尺寸是瘦长的，其直径反映2毛发间的距离。

将其研究发表在美国国家科学院会议录上的作者，写到：“水黾住在高度潮湿的环境的水面中，他们不仅要大规模排水以保持漂浮，还要排除从周围气氛中形成的微滴，特别是直接面对水的腿部的。

通过利用其腿的独特设计，水黾似乎能够在一个飞升尺度下移除水珠，避免水在其腿部纹理逐渐渗透的关键条件，这将导致昆虫要在水面保持稳定所需的超疏水性的失败。

他们总结说：“我们设想，一个非常小规模的防雾效应可以激发有很多实际应用的新型适用稳健防水材料的设计。”

受水黾激发的机器人

随着科学家努力捕捉神奇公式，水黾一直是水性机器人的灵感来源。

2012年，加拿大研究员进行了一个模仿昆虫的尝试，其展出一个可以浮动和跳跃的微型机器人。

该“敏捷微型机器人”的重量高达1100个水黾，是用多孔，防水泡沫镍制成的。

大量实验后，滑铁卢大学的研究组得到了可飞跃14厘米高的机器人- 同时前推进35厘米。

“这种机器人可以跨越湖泊和其他水体来监测水质，或充当微小的间谍。”研究人员说。

“目前的发现不仅提供了生动模仿和更好地了解水生昆虫神奇跳跃能力的可能性，而且扩展了多孔超疏水材料在先进机器人系统中的应用。”

 

新材料在线编译整理——翻译：王晶晶      校正：摩天轮