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  一项最新研究表明一只狗能够在4秒钟内甩掉身上大约70%的水分(腾讯科技配图)

  腾讯科学(过客/编译)当狗浑身湿透的时候它就会抖动皮毛,然后水就被甩了出去。任何曾经拥有一只狗或者靠近一只狗又或者是曾经看过一部狗参演的电影的人们都了解这种常见的事情。这件事看起来很简单,但是事实上并非如此。

  事实上我们真的不知道如何实现这样的抖动,直到安德鲁-迪克森、扎卡里-米尔斯和大卫-胡在动物甩干自己的超高速镜头的帮助下计算出来。胡告诉我道:“工程师们对于新的想法和任何拥有某方面顶尖能力的动物非常感兴趣。狗非常善于弄干自己。”

  他们的研究第一次出现时在2010年的一次会议上,关于动物如何甩动的研究仅仅发表在《英国皇家学院学会》会报上,而且非常的引人注目。一只狗能够在4秒钟内甩掉身上大约70%的水,在你读到最后一段文章的时候就能甩掉接近3/4的水分。这是相当令人吃惊的事情。

  但是那种一流的效率也带来了更多的问题。第一,为什么效率如此之高?如果你湿了袜子会花费多长才能达到等同的效果呢?它们如何产生所有的这些力呢?第二,许多哺乳动物都能够摇动。你的狗如何能够像一只老鼠或者狮子一样用同样的方式摇动?第三,为什么这些动物会摇动呢?这赋予动物们什么样的进化优势呢?

  让我们了解一下其中真正的机制。一只狗的脊椎并不能全方位的抖动。胡告诉我,事实上狗脊椎只能在每个方向上转动大约30度。你可以想象一个脊椎在12点上的钟表面,脊椎能够转到1点或者11点的位置。

  但是考虑一下狗的皮肤,你知道狗皮毛有多么松弛吗?我之前认为狗皮毛松弛的主要目的让它们看起来非常有趣。但是事实上有另外一个更重要的原因。因为皮毛松弛,它就能比脊椎骨转动的更快更远。连接皮毛的皮肤转动速度比脊椎骨快三倍,根据数学计算,这样会对水滴产生9倍的甩力把水滴甩出。那就是哺乳动物抖动的魔法。

  图表中的黑点虚线代表的是脊椎骨,它来回的移动但是并不剧烈。另一方面,蓝色线代表的皮肤移动范围较大。它在每个方向上都能移动90度,或者从钟表面上看的话就是从3点摆动到9点。

  狗所使用的这个甩干过程在许多哺乳动物中都是普遍的,尽管如此但是像袋鼠和大象这些动物由于各种原因并不真正需要这种能力。而且研究人员发现了一些让人震惊的事情:动物们根据它们的体型抖动速度不同。那就是说体型越大抖动的越慢,而体型越小抖动越快。那是因为它们需要施加一定量的力来甩掉水滴。对于小型动物来说,那就意味着需要移动的非常快速:一只家鼠必须每秒抖动30次,一只大老鼠每秒抖动18次,而一只猫每秒抖动9次。(记得拉布拉多猎犬每秒大约抖动4次。)

  胡告诉我说道:“最大的动物体型是最小动物的1000倍,但是水滴所遭受的力在所有的哺乳动物中都基本是恒定的。”考虑到在如此多的不同哺乳动物中这种抖动技巧非常的普遍,我们不得不问这种小技巧授予它们什么优势?

  下面是胡的假设。设想一下你是一只现代狗或者狮子或者山羊的祖先。在冬天的时候你掉进了一个寒冷的溪流中。你必须弄干水,因为水会带走你皮毛表面的温度。如果你不能抖动,你不得不借助体温来加热空气并且蒸发水分。胡的团队计算出了需要多少能量,蒸发水分需要大量的能量。

  这个团队在他们最近的论文中写到:“一只60磅重的湿狗在皮毛中含有1磅重的水,它将耗费日常摄入热量的20%来晾干水分。因此这对陆栖动物来说在寒冷季节保持干燥是一个生存或者死亡的问题。”胡说到:“相比之下,这种抖动是一种非常高能效的干燥方式。一旦你进化出头发,你必须进化出一种保持头发干燥的方式。”

  但是他尝试用工程学解释来证实他的假设。那是生物力学的研究,也是胡的领域。他说到:“我们主要使用工程学分析工具来看待综合事务。但是最近,工程学上的巨大挑战是了解生物学并且不是要使我们的机器人和交通工具更加逼真而是使它们更像活的物体。”

  没有人造机器人被设计成拥有拉布拉多猎犬的松散皮肤。但是这是为什么呢?你需要考虑一下自烘干和自清洁设备。其中有许多的学问,因为自主机器人将必须自主处理这种情况。”或许未来的火星漫游者将能够抖落它们身上的灰尘。胡总结道:“如果我们回顾这些过古老的机制,我们能够研发出更优良的机器人。”在我们致力于这项研究的时候,我们也能够探索生活中更多的秘密。比如说为什么在你给动物洗澡时狗会比马让你湿的更透彻。