為了解鳥類是如何調(diào)整呼吸的,紐約大學和新澤西理工學院的科學家們想到了一套基于簡單模型的評估方法。 在 3 月 19 日發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)、題為《環(huán)形鳥肺網(wǎng)絡(luò)模型中的流量校正》一文中,研究團隊詳細介紹了他們的觀點和論證過程,且新發(fā)現(xiàn)具有工程增強的相關(guān)潛力。
有理論稱:鳥類的肺部結(jié)構(gòu)中包含了環(huán)狀的氣道,可促進空氣向一個方向流動,且具有較人類更高的呼吸效率。通過一系列實驗和模擬,研究團隊最終證實了這一點。
Flow Experiments on a Network With Two Loops(via)
這項研究的發(fā)現(xiàn),甚至有助于我們改善呼吸機等氣體泵送裝置,使之更好、更智能地控制氣流和流量。
研究配圖 - 1:環(huán)狀鳥肺網(wǎng)絡(luò)模型
資深研究作者、紐約大學庫蘭特數(shù)學科學研究所任職的 Leif Ristroph 副教授解釋稱:與空氣較深地流入人肺的分支不同,在鳥類吸入和呼出的時候,空氣會在其肺部中沿著一個方向運動。
2 - Flow Rectification in a Loopy Network(via)
基于此,鳥類才得以執(zhí)行所有動物中最困難、且耗能最大的飛行活動。無論是翻山越嶺、還是飄揚過海,鳥肺都能保持深處的流通,并帶來源源不斷的新鮮空氣。
研究配圖 - 2:強流體網(wǎng)絡(luò)中的流量實驗系統(tǒng)
其實早在一個世紀前,科學家們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了鳥類呼吸系統(tǒng)的單向空氣流動。但對于這套生理機制的幕后謎團,一直缺少科學合理的空氣動力學解釋。
研究配圖 - 3:電路中 AC-DC 轉(zhuǎn)換的實驗特性
為此,研究人員們在紐約大學應(yīng)用數(shù)學實驗室開展了一系列模擬鳥類呼吸的實驗。并打造了一套灌滿水的環(huán)狀管道,用以模擬空氣流動。然后將微?;烊胨?,以追蹤水流的方向。
研究配圖 - 4:非對稱電路仿真
結(jié)果實驗發(fā)現(xiàn),環(huán)狀“呼吸”產(chǎn)生的往復(fù)運動,被有效轉(zhuǎn) 換成了繞著環(huán)路其中一個方向的單向流動。實驗室主任 Leif Ristroph 解釋稱,這就是在鳥肺內(nèi)部發(fā)生的現(xiàn)實情況。
這種網(wǎng)絡(luò)環(huán)路有點像是道路中的岔口,流量可選擇在岔口處選用哪種路線策略。之后科學家們通過計算機仿真來重現(xiàn)了實驗結(jié)果,并給出了更加合理的解釋。
研究合著者、NJIT 助理教授 Anand Oza 表示:慣性往往導(dǎo)致水流一直朝前而不是拐彎,因為后者會被渦流所阻礙。由于節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的連接方式,最終導(dǎo)致了環(huán)路循環(huán)的單向流動。
至于這項研究的應(yīng)用前景,顯然包括了引導(dǎo)、控制和泵送流體等諸多方面 —— 從醫(yī)療保健、化學加工,到各種機械的燃料、潤滑劑、冷卻系統(tǒng)。
網(wǎng)站首頁 |網(wǎng)站簡介 | 關(guān)于我們 | 廣告業(yè)務(wù) | 投稿信箱
Copyright © 2000-2020 hngelin.com All Rights Reserved.
中國網(wǎng)絡(luò)消費網(wǎng) 版權(quán)所有 未經(jīng)書面授權(quán) 不得復(fù)制或建立鏡像
聯(lián)系郵箱:920 891 263@qq.com
玉屏| 阿合奇县| 濉溪县| 特克斯县| 卓尼县| 黄大仙区| 呼玛县| 志丹县| 清新县| 永宁县| 台东县| 卫辉市| 鹤壁市| 乐陵市| 高要市| 绩溪县| 镇赉县| 赤峰市| 英吉沙县| 黔江区| 怀安县| 西安市| 太白县| 安义县| 吴忠市| 涟源市| 通辽市| 湖北省| 绥江县| 无极县| 汝阳县| 延川县| 元谋县| 嵊泗县| 黎平县| 澜沧| 凤冈县| 宜章县| 东兴市| 茂名市| 海门市|