鯊魚為什么游得快？島津CT為您揭開謎題
曾經在國際游泳比賽中風靡一時的鯊魚皮泳衣（快皮），是仿照鯊魚皮的結構制作的高科技材料泳衣，穿上它能讓人在水中游得更快。那么它是怎么被研發出來的呢？學者發現，鯊魚皮的構造能夠有效地降低流體阻力，所以鯊魚的游速非常快。目前，各國學者仍在研究鯊魚皮的構造，本文簡單介紹鯊魚皮的盾鱗在流體力學方面的研究。
島津制作所參與了東京工業大學聯合日本國立博物館對《降低流體阻力的課題》的研究。以下為研究內容的簡介：
研究目的
驗證鯊魚身體各個部位盾鱗的表面小波紋結構是否能有效降低流體阻力。
試驗方法
★ 對大白鯊盾鱗采集測量數據
★ 利用采集的數據建模
★ 利用建模數據，通過逆向工程制作實驗用真實模型
★ 在流動水槽中使用制作的模型測量流體的阻力
工業CT主要應用于第一步。以下就本研究的數據采集和試驗結論進行介紹。
數據采集
本次研究對象外觀圖：鯊魚體表的盾鱗，如圖1所示。
圖1 鯊魚盾鱗的SEM圖像
本課題的適應性
★ 取材的盾鱗在結構上的相異不妨礙身體的變形
★ 各種承受外力的可活動盾鱗的結構均可實現降低阻力的功能。
驗證前的設問
★ 鯊魚皮上的盾鱗是否真的能夠有效降低阻力？
★ 盾鱗的形狀和小波紋的間隔是否會阻擋局部液體的流動？
制樣
首先，從大白鯊魚身的5個不同部位各取1塊表皮，使用微焦點CT SMX-100CT 對其進行掃描，采集數據并重建圖像。如圖2所示。
圖2 上排圖片：盾鱗的CT圖像（VR）下圖：取樣部位
其中，對所取盾鱗部位的定義，如圖3所示。
圖3 使用三坐標掃描的鯊魚全身圖（總長3.16m）
（中間步驟省略）
試驗的基本原理如下：
小波紋形狀的評價方法：點參數S+
uτ：摩擦系數 ν：海水動態粘度系數 ρ：海水的密度
圖4 圖5
小波紋結構：
S+=5~25時，有降低阻力的作用
S+=15~20時，降低阻力的效果達到最大
（Dean，2010）
利用模型測量的試驗結果如下
★ 設定大白鯊的游泳速度為2【m/S】、6.7【m/S】（Watanabe et al .，2019）
對小波紋間隔進行測量的結果，如圖6
圖6 對小波紋間隔測量的結果
測量可知，身體部分小波紋間隔：80~100μm；胸鰭或尾鰭的小波紋間隔：50~80μm。
★ 當大白鯊以2【m/S】的速度在島嶼之間移動時的S+值如圖7
圖7 2【m/S】的速度時點參數S+的計算結果
★ 當大白鯊以6.7【m/S】的速度進行捕食時的S+值如圖8
圖8 6.7【m/S】的速度時點參數S+的計算結果
（中間過程省略）
本試驗的結論
★ 大白鯊盾鱗的小波紋的間隔顯示其有降低阻力的效果
與2D小波紋的理論相比，所有部位的小波紋都有降低抵抗的效果
★ 當大白鯊以高速游泳進行捕食時，降低阻力的效果可能達到最大
★ 局部的流動顯示表面存在小波紋間隔的原因
像尾鰭等盾鱗間隔較小的部位，表面小波紋也有降低阻力的效果
本試驗的后繼課題
★ 各部位盾鱗的形狀是否與身體變形相對應
★ 研究各種承受外力的可活動盾鱗的結構對降低阻力的效果
島津工業CT助力流體阻力研究
島津微焦點CT inspeXio SMX-100CT Plus
