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很少有人能近距离接触鲨鱼并抚摸它。如果你能从鲨鱼的头部向尾部抚摸——当然你不应该这样做——它会感觉光滑，几乎像绒面革。反向抚摸，它就会像砂纸一样粗糙。在显微镜下观察，鲨鱼皮肤由层叠在一起的、像屋顶瓦片一样的肋状、龙鳞构成。这些被称为真皮小齿的结构，与其说是皮肤，不如说是牙齿。它们由牙本质和珐琅质构成，有神经分布，其肋状和层叠的图案引导水流经过鲨鱼的背部，减少摩擦和阻力。鲨鱼出色的皮肤帮助它们在水中滑行，有些种类速度可达每小时 50 公里。
鲨鱼小齿是工程师们梦寐以求的。为了模仿鲨鱼出色的流体动力学性能，材料科学家们为船体、风力涡轮机甚至高端泳衣设计了鲨鱼启发的表面，所有这些都是为了最大限度地提高效率。
但在一项 新研究中，来自马萨诸塞州哈佛大学的研究人员，在鱼类学家 Molly Gabler-Smith 的带领下，首次将模仿鲨鱼皮的材料与真实鲨鱼皮进行了比较。结果表明，工程材料还有很长的路要走。
此前，科学家们使用扫描电子显微镜对鲨鱼小齿进行了非常详细的研究，这种技术可以拍摄宽度仅为几纳米的结构图像。但是扫描电子显微镜产生的图像是二维的。如果你曾经在风洞里看到过汽车，你就会知道，在减少阻力和摩擦力方面，物体的三维结构是极其重要的。
因此，Gabler-Smith 和她的团队使用了一种名为表面轮廓测量术的技术，这是一种成像技术，科学家们基本上使用一层薄薄的凝胶来制作待研究表面的模具，从而以三维方式观察鲨鱼皮。“这几乎就像在看一张地形图，”Gabler-Smith 说。“你可以看到哪里有山峰和山谷。”
Gabler-Smith 将这项技术应用于 17 种不同鲨鱼的皮肤样本。她还研究了两件宣传模仿鲨鱼皮的 Speedo 泳衣——FS Fastskin II 泳衣和 Lzr Racer Elite 2——以及她在实验室里制造的一个 3D 打印表面。她比较了小齿的比例以及肋状结构的的高度和间距，发现在真实的鲨鱼小齿和人造材料之间存在显著差异。
近距离分析显示了真实鲨鱼皮（右上）与几种合成材料的差异，包括 3D 打印材料（右下）、Speedo FS Fastskin II（左下）和 Speedo Lzr Racer Elite 2（左上）。图片由 Molly Gabler-Smith 提供
“我不敢说（泳衣）真的在模仿鲨鱼皮，因为它们一点也不像，”Gabler-Smith 说。她说，最大的区别之一是，与有肋的织物不同，真正的鲨鱼皮是由柔软表面上的坚硬珐琅质结构构成的。当被要求对泳衣材料打分（满分 10 分）时，Gabler-Smith 分别给了 FS Fastskin II 和 Lzr Racer Elite 2 三分和七分，而她的实验室制造的工程表面则获得了八分或九分。
“（泳衣设计师）做得相当不错，他们利用了生物学家从实际鲨鱼皮上测量到的所有信息，但还有很多工作要做，”她补充说。她表示，理论上，在泳衣或水上交通工具表面添加肋状结构或其他凹凸纹理应该可以减小阻力，但这些表面距离真正发挥作用还有一段距离。
艾米·兰（Amy Lang），阿拉巴马大学的航空工程师，研究鲨鱼皮，未参与此研究，她说，复制鲨鱼皮减阻性能比仅仅拥有类小齿的肋状结构更难。她说，要真正减小阻力而不是增加阻力，肋状结构的尺寸和深度必须恰到好处。她补充说，虽然使用表面轮廓测量术直接比较鲨鱼皮和工程材料很有趣，但测试合成材料在水中的实际表现同样重要。
但现在科学家们获得了跨越不同物种的鲨鱼小齿三维结构的最新信息，工程师们可能离模仿大自然最有效的游泳者之一更近了一步。
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