自然啟發工程的一個迷人方面在於,甚至是簡單的觀察也能引發驚人的發現。在維吉尼亞理工大學,喬納森·博瑞科(Jonathan Boreyko)教授的實驗室內,團隊的一次簡單觀察卻導致了一項重大的發現:一種特殊設計的表面能使融化的冰碟向前推進。團隊觀察到一塊冰碟放置於金屬板上,最初隨著冰的融化形成了一灘水,其似乎固執地黏附於表面上。經過一分鐘的無所作為後,融化的冰突然像是受到了無形力量的推動,迅速滑過表面。這項研究的結果有許多潛在的應用,尤其是在快速解凍和新的能源收集方法上。
這個研究團隊的靈感來自於死亡谷(Death Valley)Racetrack Playa的自然謎團。在這個地方,像西瓜一樣大的巨石在移動時留下長長的痕跡,這一奇特現象的原因長期不明,因為地面平坦,巨石通常也是水平的。直到2014年,斯克里普斯海洋學院的理查德·諾里斯(Richard Norris)教授終於解開了這些「航行石」的謎團,揭示它們並非受到「超自然力量」的驅動。研究顯示,獨特的降雨、堅硬的地面、冰的形成和風的作用共同促使了巨石的移動。降雨會在不透水的地面上積聚,堅硬的地面阻止了水分的吸收,因此當氣溫下降時,水分會結冰。當冰後來融化時,形成的冰筏在風中漂流,推動了巨石的移動。
雖然諾里斯解開了一個自然謎題,但博瑞科的團隊希望更進一步。受到這一現象的啟發,團隊應用相同的原理創建了一種能在沒有風等外部力量的情況下推動融化冰的表面。在這次實驗中,團隊在鋁板上刻畫了不對稱的箭頭形狀的凹槽,並採用魚骨圖案來控制融水的流向。博士生傑克·塔波西克(Jack Tapocik)表示:「這種融水的定向流動將冰碟帶了過去。這個類比可以比作在河流上的管道,只不過這裡是由定向通道造成了流動,而不是重力。」
然而,當研究人員嘗試用防水噴霧來塗覆這些凹槽板時,卻意外地發現了另一項重大的發現。與預期的更快移動相反,冰碟卻緊緊地黏附在表面上。這一驚人的結果開啟了「彈弓效應」的可能性。融化的冰碟會因為多餘的水被擠壓而黏附在防水表面的凹槽上,儘管融水仍然通過通道流動,但冰卻無法在其上滑行。博瑞科解釋道:「這裡的有趣之處在於,當融水流過冰碟的前邊緣時,會形成一灘水。冰的一側有一個平坦的水灘,造成了表面張力的不匹配,這使得冰脫落並在表面上迅速滑行。」與死亡谷的緩慢移動的「航行石」相比,博瑞科的表面能使冰以更快的速度推進,成為「地球上最快的冰」。這項研究不僅揭示了自然界的奧秘,還可能為未來的技術發展帶來新的突破。




