受鲨鱼肠道启发的螺旋管道中的非对称流动

与人类肠道是长而空心的管子不同，鲨鱼和鲨鱼的肠道包含环绕圆柱形孔洞的内部螺旋结构。这些结构的功能之一可能是创建非对称流动，促进液体从前导部位向后导部位的通过。在本文中，我们设计并3D打印了鲨鱼肠道的仿生模型，包括刚性和可变形材料。我们使用刚性模型测试哪些物理参数（管道的螺距、孔半径、倾斜角和螺旋数）产生最大的流动不对称。这些不对称超过了传统特斯拉阀门的不对称，这些阀门是专为创建无移动部件的流动不对称而设计的。当我们使用弹性材料打印仿生模型使流动与结构形状耦合时，非对称性显著放大；在可变形结构中，非对称性是刚性结构的7倍。最后，我们3D打印了基于生物样本断层扫描的狗鱼鲨鱼肠道的可变形版本。这种仿生装置产生的流动不对称性相当于传统特斯拉阀门。通过结构影响流动方向的能力在生物组织和人工装置中具有广泛应用，从大型工业管道到小型微流体装置。