来自鸟类飞翔的灵感——新型棘轮液泵

上海纽约大学物理与数学教授、华东师范大学-纽约大学数学联合研究中心（上海纽约大学）成员张骏教授和巴黎高等物理化工学院（ESPCI Paris Tech）的研究员本杰明·希瑞尔，在AIP出版集团旗下的《应用物理快报》发表了一项最新研究成果。这项名为“几何各向异性下的棘轮流体输运”的研究详细展示了他们在实验室里一项新颖而有趣的发现。他们的这项发现也被一些非科技类的大众媒体报道，比如法国的《世界报》和德国、美国的一些网上媒体。在今年的二月和三月，这篇文章被广泛关注，成为《应用物理快报》点击率最高的一篇文章。

想象一下，鸟是如何飞翔的？它们不停地扇动翅膀，每次扇动翅膀都会将一部分空气推向它们飞翔的相反方向，从而获得飞翔的动力。换句话说，空气在鸟儿不停扇动的翅膀的作用下，像被泵吸一样向后流动。科研人员受到这个自然界流体力学现象的启发，制造了一种全新的棘轮液泵装置，这种液泵装置借助振动来使液体流向某一特定方向而不再依靠转子。而转子是目前我们所用的所有液泵运作的最关键零件。转子液泵主要依靠一个或一对旋转的转子工作，这些转子通过高速旋转，给予泵内的流体很大的离心力，于进口处产生吸力、于出口处产生排放压力，从而达到输送液体的目的。

“由于振动，当液体在两块带有锯齿的结构板之间被反复挤压和延展时，不对称的锯齿形边界会迫使液体向一个单方向流动。” 张骏教授说，这样的结果就提供了一种让液体单向流动的有别于常规液泵的替代方法。在这个实验中，他们把两个加工成锯齿形的结构板相向而放，两板之间形成一个让液体可以流过的通道；其中一个锯齿形板被固定在盛有液体的容器底部，另一块则被驱动、上下来回振动，好像鸟儿上下扇动翅膀一样。

这项已发表的研究表明，输送液体的机械原理中可以不借助任何具有旋转性质的要素。这一流体输运领域的新发现，日后置于实际应用时将在许多工业装置中发挥作用。比如，沉重机械中多余的振动可以被这一技术吸收并被加以利用，振动的能量将被转化成有用的流体输运。新发明的液泵完全可以在这里被用于冷却液的循环，从而有效地降低巨大噪音，延长机器运转的寿命。这意味着此项新发明将有可能带来一个更为高效、更为静谧、更为安全的工作环境。