猫的美容秘籍竟是人类设计毛刷的智慧源泉

 新闻资讯     |      2018-12-05 06:51

  猫总是喜欢梳洗打扮自己,就像它们喜欢睡觉一样。醒着的时候,猫有四分之一的时间都在清洁自己的皮毛。那么,它们自我清洁的秘诀是什么?《美国国家科学院院刊》(PNAS)最新发表的论文指出,这依赖猫舌头上弯曲凹陷的倒刺

  图1:猫舌头上的细小肿块实际上是被称为乳头状突起的小刺,了解它们的工作原理可能有助于设计新的毛刷,▓不但可以帮助猫减少过敏,还能让人的头发变得更干净

  这些被称为“乳头状突起”的细小刺状物可以将口腔中的大量唾液转移到皮毛上,这样不仅可以帮助猫咪清洁皮肤,还可以在唾液蒸发时降低体温。美国佐治亚理工大学的生物工程师大卫·胡(David Hu)表示:“猫的舌头就像一把智能化的梳子。”

  这一研究结果不仅让我们了解到世界上最受欢迎的宠物之一是如何保持清洁的,还激发了设计新型刷子的灵感。这种刷子叫做TIGR(舌形梳刷),它就像猫的舌头一样,上面布满了弯曲细小的柔韧刺,它可以很容易地从人类和猫科动物身上去除松散的毛发或皮毛,而且只需轻轻一刷手指就可以清理干净。胡教授说,通过去除多余的皮屑,可能让猫不那么容易过敏

  研究人员发现,▓这些勺状的乳头状突起可以让猫的唾液直接进入皮肤,这可能会为清洁各种毛茸茸的物体表面提供新的方法。康奈尔大学生物工程师表示:“输送液体对动物和工程师来说都是个大问题,但这篇论文表明,科学家可以利用动物基本行为的物理学原理来解决基本问题。”

  胡教授的博士生亚历克西斯·诺埃尔(Alexis Noel)在看到她的试着梳理毛绒绒的毛毯时,她开始用全新的视角来思考这个过程

  这些乳头状突起覆盖着猫的舌头,并赋予它沙纸般的粗糙质地。这些细刺缠在诺埃尔的毯子上,促使她想弄明白为什么这些刺状结构能够轻松理顺毛皮(和毯子)上的结。浏览一下研究文献就会发现,科学家们几乎没有注意到猫的美容生物学行为。胡教授和诺尔决定改变这种状况

  首先,他们需要猫舌。从死去的家猫身上提取样本很简单,但得到野猫的舌头却不容易。诺埃尔说:“没有多少现成的舌头样本。”在与动物园和动物保护机构沟通了几个月之后,胡教授和诺尔终于有了足够的样本。他们获得家猫、山猫、美洲狮、雪豹、老虎和狮子等六种猫科动物的舌头样本后,诺埃尔和胡教授用微型CT扫描仪放大了乳头状突起

  此前,1982年的一篇论文报道了猫的乳头状突起是中空的圆锥体,但是佐治亚理工学院研究人员使用的新技术表明,猫的乳头状突起实际上是向喉咙后弯曲的结构。胡教授说,这种差别听起来很微妙,但事实并非如此。▓乳头状突起的弯曲形状使得它能在接触物体时吸住水,并利用表面张力,这是空心锥无法做到的

  胡教授称:“在这么小的范围内,这些差异真的很重要。”虽然每个乳头状突起可能只能吸住一小滴水(准确地说是4.1微升),但在一天中,一只家猫的舌头平均能为其皮毛吸收48毫升的水,大约相当于一杯水的五分之一

  研究人员发现,乳头状突起的方向并不是固定的。高速视频显示,三只短毛家猫在梳理毛发时,乳头状突起会旋转。这种旋转让尖部探头更加深入到结中,并最终使其松动。胡教授说,这种柔韧性让这种相对较短的尖刺不仅能清洁较长、较稀疏的皮毛,而且还能清洁紧挨着皮肤的厚绒毛状的底毛

  研究人员的测量结果显示,即使在梳理毛发的过程中,舌头的压力也相对较小,所有种类的猫科动物都能把自己清理得干干净净。但是所有的这些舔刷行为不仅仅是为了让小猫看起来更漂亮。热成像摄像机显示,装扮自己的过程也可以帮助猫降温,通过唾液蒸发在皮肤和外层皮毛之间形成超过1摄氏度的温差

  了解猫是如何保持清洁是一回事,但作为工程师,胡教授想更进一步地探索。当孩子们生了虱子后,他花了几个小时在药店里寻找合适的刷子来清除虱子,然后梳理他们的头发,以清除虱子留下的所有痕迹。网络搜索显示,在数万年的时间里,刷子几乎没有发生太大的变化。胡教授和诺埃尔的合作让两人觉得,也许猫舌可以帮助他们设计出更好的东西

  法国国家科学研究中心工程师西尔万·德维尔(Sylvain Deville)说:“通过研究猫清洁自己的方式来寻找新材料非常酷,这表明你不必深入森林去寻找有用的东西。”

  使用硅基聚合物,胡教授和诺埃尔通过3D打印机打印出了一个小而灵活的毛刷,大小与两个手指并排握在一起差不多。毛刷上的刺就像是放大版的猫舌乳头状突起。当诺埃尔和胡教授比较TIGR和人类用刷去除人造尼龙毛皮上的结时,TIGR可以用比标准刷更少的力量去除更多的结。▓诺埃尔还可以用手指轻轻一挥就把毛发从刷子上取下来,而不是费力地用镊子把毛发拔出来

  TIGR柔软而灵活的特性,可能提供些更接近猫的清理原理。蒙大拿州仿生学研究所的设计总监梅根·舒克切特(Megan Schuknecht)说,TIGR是生物灵感设计的完美例证。她说:“猫在我们身边已经有数千年了,但是从来没有人想过要这么近距离地观察它。”

  尽管如此,康奈尔大学生物工程师Sunghwan “Sunny” Jung表示,TIGR还没有做好大规模生产的准备。他说:“有很多地方需要改进,才能投入实际使用。”

  胡教授和诺埃尔已经为TIGR申请了专利,▓他们发现这种刷子不仅可以用于美容,还可以用于给猫的皮肤涂面霜和乳液,甚至还可以用于对纺织品中的纤维进行分类。喵星人已经统治了互联网,有了TIGR,它们可能离最终统治整个世界又近了一步