分析蛇皮以优化纹理工程表面

即使在雨中，也可以通过从蛇那里获取线索来制造一种更好的牵引力运动鞋。这是Hisham Abdel-Aaal研究的概念，博士学位，副教授德雷克塞尔大学工程学院谁一直在分析蛇皮，以帮助工程师增强纹理表面的设计，例如假肢和发动机缸衬里，甚至鞋类。

作为试图感知和量化蛇在移动时产生摩擦的方式的一部分，机械工程师Abdel-aal是摩擦学专家（摩擦研究），一直在收集和检查蛇皮，以近10次收集和检查蛇皮年。阿卜杜勒·艾尔（Abdel -aal生物医学材料的机械行为杂志欧洲杯足球竞彩。

大自然已经为许多工程和设计领域提供了信息，但是摩擦学是一个研究领域，在从自然中学习时，它被忽略了。特别是蛇有很多东西可以教给我们优化滑移和抓地力。它们的存在取决于在非常特定的环境中运动效率。我们今天正在研究的蛇是进化过程的结果，该过程已完全适应其皮肤和身体结构的微观结构，从第一天开始在栖息地中移动和生存。这些环境即使在我们最先进的机械上也可能是残酷的，因此应用我们对蛇纹理的了解也可以帮助我们的技术适应。

Hisham Abdel-aal

但是，要感知自然界的设计线索，需要大量的解释。阿卜杜勒·艾尔（Abdel-Aal）在该领域的研究迅速成为帮助工程师发掘蛇摩擦控制表面设计能力的标准。

在他的最新研究中，蛇皮的质地特征通过对30种独特物种的350种完整蛇皮的分析进行收集，并与纹理工业表面的标准属性提取并匹配，并在使用此框架上提供了建议具有创新的摩擦功能的“智能表面”。

猜测和检查

尽管事实是，工程师，科学家和设计师已经分析和处理为背景噪音的持续力量已经多年了，就实际操纵各种用途的摩擦的问题而言，我们的许多当代知识都出现了仍然晦涩。

根据阿卜杜勒·艾尔（Abdel-aal）的说法，这部分是由于我们对摩擦的控制已经通过不断尝试使用润滑剂将其无效或以质地增加而发展的事实，几乎总是为了实现关闭目标。在实现了这一特定目标（例如制作足球防滑钉在泥泞的领域工作，或发动机活塞以产生特定的马力），这些努力几乎无助于获得广泛的摩擦知识。

“纹理的设计仍然被视为一种“黑色艺术”，目前存在启用纹理技术和概念性纹理设计范式之间存在差距，”他在功能表面的评论中写道。

据他说，除了提高这些特殊设计挑战的效率外，这种见解还可以鼓励在设计创新表面上广泛应用摩擦。阿卜杜勒·艾尔（Abdel -Aaal）提出的指南需要大量的猜测纹理，而是使设计师能够做出故意的选择 - 在Slithering Tribology专家的意见下支持。

找到图案

为了认识到提供蛇能够管理摩擦能力的元素，阿卜杜勒·艾尔（Abdel-aal）用绘制地图的制图师检查了他的皮肤样本的收集，并考虑了地形。

他的皮肤收藏始于来自皇家蟒蛇的朋友的少数样本，并在费城动物园和自然科学院的一些帮助下增加到了数百个样本。欧洲杯线上买球

由于每当Abdel-aaL收到新样品时，要分析蛇穿着的皮肤至关重要，因此首先将其浸泡在水中以使其更耐用。随后，它被右侧转向，因为大多数蛇的皮肤类似于匆忙去除的管袜子。

在下一步中，它安装在图形纸上并进行扫描以制作带有视觉参考框架的永久记录。此后，他和他的同事可以开始与鳞片的大小和形状及其定位相关的详细测量，彼此以及蛇的身体相对于蛇的身体。

最后，扫描电子显微镜用于研究皮肤，以生成形成其纹理的显微镜特征的图像。在蛇秤上发现了看不见的小头发状结构，称为原纤维。尽管它们的长度仅为1μm（即接近1/100^Th原纤维的宽度及其位于蛇的底面的方式，对于产生摩擦的潜力至关重要。

除了鳞片的形状，大小，分布和刚度外，原纤维的排列还为每条蛇形成了独特的摩擦曲线 - Abdel-aal还花费了精力来捕获和分类。

反向工程蛇

通过“映射”蛇皮，阿卜杜勒·亚兰（Abdel-Aaland）他的同事可以识别所有重要的纹理属性模式，以帮助蛇在周围的环境中移动。

适应局部需求需要对皮肤构建块的形状，几何形状和机械性能进行专业化。适应当地条件的含义令人着迷，因为它们为蛇中表面设计的解码提供了一个场所 - 这种过程有可能产生许多适用于技术表面设计的课程。

Hisham Abdel-aal

Apart from categorizing patterns of scales and fibril distribution related the body of the snake, Abdel-Aal’s study produces volumes of studies on the physics behind snake movement and magnitude of the friction forces exerted by the snakes when they undulate, slither, slide, and side-wind.

Abdel-aaL可以将这些测量值与他为每条蛇开发的纹理曲线进行交叉引用，以便能够将物理特征与对蛇力学的影响联系起来。

例如，大蛇的肌肉和尺度纹理（例如，蟒蛇和蟒蛇）已针对直线或直线运动进行了优化。为了能够执行这种运动，身体的一部分主要是由蛇抬起的，它通过用尺度的部分推向地面来向前倾斜。在这些皮肤的这些部分的接近表明，蛇的“推动”部分上有更多的原纤维，这会产生足够的摩擦，使其能够在其他尺度上向前滑动。

鳞片到人字形

为了直接关联工程表面和皮肤，Abdel-AAL审查了与激光纹理的表面有关的研究，其中进行了类似的显微镜检查和表面特征清单。这些纹理方法（例如沉积，砂光，化学和激光蚀刻）开发表面，具有非常特殊的摩擦剖面，例如机械和发动机缸中的液压组件。

但是，他们与自然界观察到的纹理共享一个重要的细节。

在蛇皮和纹理工程表面的情况下，基本的构建块是在数组分布中重复的纹理元素。通常，特定的蛇家族共有齿状的间距，长度，方向和形状。另一方面，设计的表面具有质地构建块，例如锥体，酒窝和雪佛兰，分布在表面上。因此，两种类型的表面共享共同的结构起源。

Hisham Abdel-aal

纹理表面的主要物理属性是突起，酒窝和微观通道，这些通道已被数组以确保润滑系统中的一致摩擦。工程师将表面纹理描述为这些属性测量的平均值。因此，“粗糙度”的量化是通过平均突起的高度进行的，通过将突起的高度与碱基的面积进行比较，或通过计算它们所占据的总面积来确定其细长。

Abdel-AaL能够通过微观测量蛇皮的纹理属性直接将原纤维和突起联系起来。因此，可以通过简单地计算尺度上的原纤维细长，高度和整体分布来对蛇采用相同的粗糙度度量。

根据阿卜杜勒·艾尔（Abdel-aal）的说法，随着这一进步，可以将蛇从工程表面上的蛇组合起来，以开发具有可预测功能的纹理。

获得牵引力

“为了使生物启发的表面设计有效，我们需要开发一个通用的词汇来描述纹理功能，”阿卜杜勒·艾尔（Abdel-aal）写道。“我们发现，三个主要参数似乎在纹理表面的突起和凹痕与蛇皮的原纤维之间大致转化：特征与表面比率，突出/高度和高度比率比率。”

根据这些措施对蛇皮进行分类时，一种引人入胜的模式。研究人员通过生产和测试工程表面发现的大多数“推荐纹理比率”与已经存在于蛇中的表面相同。

“令人惊讶的是，在过去25年中的工程研究达到了相同的设计解决方案，就表面特征的定制以促进运动效率，蛇已经发展了数百万年，”阿卜杜勒·艾尔说。“虽然这意味着工程师可能已经得出了正确的答案，但它还表明，研究蛇的数据可以指导我们得出这些结论，从而加快了新的表面构造范式的发展，这些范式可以利用快速发展的制造工具的优势。”

由于阿卜杜勒·艾尔（Abdel-Aal）的研究一直使工程师能够比较蛇和表面特征（与酒窝 - 其中一些人）已经开始使用它来增强依赖于审慎管理摩擦管理的系统的性能。

来自哥伦比亚的合作者在阿卜杜勒·艾尔（Abdel-Aal）对皇家蟒蛇皮肤的调查中收集的摩擦学数据的帮助下，开发并研究了假体髋关节的表面。从对阿卜杜勒·艾尔（Abdel-Aal）及其同事的研究中获取线索，英国的科学家一直在制定用于用于钛干加工的工具插件的纹理方案。这样的生物启发的插入设计减少了过程中的残留热量并最大程度地发挥摩擦。此外，来自德国的工程师最近报告了一项关于蛇启发的圆柱体衬里的研究，该研究使表面能够在向前或向后移动时减少摩擦。

阿卜杜勒·艾尔（Abdel-Aal）已发布他的数据集，以帮助任何工程师使用它们。但是，他还打算将它们发展为一种算法，并能够平滑地拟合表面设计过程。

“构建生物启发的表面的目标比仅复制生物纹理。本质上，它试图将爬行动物表面的潜在摩擦学利益扩展到人工设计的领域，”阿卜杜勒·艾尔（Abdel-aal）在《期刊》上写了。“尽管该领域正在迅速发展，但迫切需要利益相关者社区之间更深入的合作。我相信生物学和摩擦学之间的这种通用语言将使这种合作必要的交叉通信。”