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这种小虾能“袭击”军舰，我们成功缴获了它的武器( 三 )

小知识科普噪音射流等离子体枪唐鑫


仿生枪虾装置生成空化气穴的过程 | 唐鑫 ， David Staack
空化气穴坍缩在水中生成的激波 | 唐鑫 ， David Staack
而虾光现象中产生的光非常微弱 ， 必须借助非常复杂的设备（比如一些特种摄像机）在极度黑暗的环境中才可以捕捉到 。 我在暗室中拍摄到了第一张此类虾光现象的照片 ， 这些发光的空化气泡照片在计算机处理后有便有了一种莫名的立体感 。
枪虾仿生装置在海水中的虾光现象(A) 位置参照图 ， 红色方片符号是多次实验捕捉到的虾光位置 (B) 具有饱和空气的海水中的虾光现象照片 | 唐鑫 ， David Staack
我们的这种仿生装置产生空化气泡的转化效率大约达到了36% ， 是目前人造空化气泡几种方法中效率最高的[6] 。
自然界中 ， 枪虾利用这一强大武器可以进行捕食、防御、交流以及在珊瑚礁上建造藏身之所 。 它们在生物进化过程中 ， 已经将这种激波等离子体枪开发到了极致 。
而这种产生空化的高效仿生装置的诞生 ， 将极大地促进相关科学工程领域的研究进展——如地热钻探：传统机械钻探都是PDC钻头在钻井液中钻探 ， 但如果把空化气穴和PDC钻头结合 ， 在钻井液中产生空化气穴 ， 在岩石表面引起微裂纹 ， 就能够提高钻井速率 ， 极大地降低钻井成本 。 另外 ， 还可能会对污水处理 ， 水下激波处理回收 ， 水下声学装置以及减少流体阻力等领域有所帮助 。
希望我们的仿生装置未来可以发挥出不可思议的功效 ， 帮助解决更多工程领域的问题贡献一臂之力 。
花絮
在项目进展过程中 ， 我还在网上买了五只佛罗里达的大螯枪虾（Alpheus heterochaelis）放在实验室内教授提供的海水鱼缸中 。 实验室小伙伴们还给每一只都取了名字 ， 自此每天看枪虾就成了实验室的一大娱乐项目 。 枪虾们的激波等离子体枪威力巨大 ， 甚至将结实的鱼缸震出了裂缝 ， 得亏我们发现得早 ， 否则缸中的海水全都漏光了……
威武雄壮的大螯枪虾和被震裂的鱼缸 | 唐鑫
关于具体的研究细节 ， 感兴趣的朋友们可以直接戳链接看我们发表在Science Adcances上的文章：https://doi.org/10.1126/sciadv.aau7765
DOI: 10.1126/sciadv.aau7765
作者名片
排版：凝音
题图来源：wikipedia by Arthur Anker ? CC
参考文献：
[1] D. of W. R. University of California, “Underwater noise caused by snapping shrimp” (San Diego, 1946), (available at https://escholarship.org/uc/item/30z3x42w).
[2] M. Versluis, B. Schmitz, A. von der Heydt, D. Lohse, How snapping shrimp snap: through cavitating bubbles. Science. 289, 2114–2117 (2000).
[3] D. Lohse, B. Schmitz, M. Versluis, Snapping shrimp make flashing bubbles. Nature. 413, 477–478 (2001).
[4] D. Hess, C. Brücker, F. Hegner, A. Balmert, H. Bleckmann, Vortex formation with a snapping shrimp claw. PLoS One. 8, e77120 (2013).
[5] S. M. Cox, D. Schmidt, Y. Modarres-Sadeghi, S. N. Patek, A physical model of the extreme mantis shrimp strike: kinematics and cavitation of Ninjabot. Bioinspir. Biomim. 9, 16014 (2014).
[6] X. Tang, D. Staack, Bioinspired mechanical device generates plasma in water via cavitation. Sci. Adv. 5, eaau7765 (2019).

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