蚊子是怎样在水上漂浮的?

科学家们研究了蚊子漂浮在水面上的能力，以设计未来的水上机器人。

图a至c:蚊子跗关节末端逐渐挤压水面的连续图片。D-F:整个后腿逐渐压向水面的连续照片。资料来源:刘建林/中国石油大学

小型半水生节肢动物，如蚊子和水黾，由于其独特的腿结构，具有良好的水面流动性。它们的腿能有效地踩水，这样它们就能在水面上自由漂浮。

中国石油大学(华东)和辽宁科技大学的研究人员通过研究蚊子腿部不同部位在运动时对水面施加的力，发现了蚊子可以在水面移动的力学原理。这一发现可用于设计仿生结构，如水上机器人和小船。

“这项研究加深了我们对水生昆虫的水面运动机制的理解，”中国石油大学工程力学教授刘建林说。他们在美国物理联合会出版的期刊《人工智能进展》上发表了这项研究。

蚊子在静止的水面上产卵。这些卵在水面下孵化成蛹，最终成为成虫飞离水面。

蚊子的大腿由三部分组成:坚硬的大腿部分从昆虫的腹部伸出，并通过关节与背部同样坚硬的胫腓骨部分相连。胫腓骨段分支成长而柔韧的跗骨段。过去对昆虫水面活动的测量主要集中在整个大腿，很大程度上忽略了跗关节。

在实验中，研究人员在蚊子的大腿上绑了一根钢针。钢针与一个压力头和一个微型传感器相连，这样就可以测量蚊子跗关节对水面的支撑力。该装置可让研究人员在现场调整蚊子腿与水面之间的角度和力度，并通过光学显微镜和数码相机测量相关数据。

刘娇寿和他的同事们发现，昆虫在水面上漂浮的能力，即它们的六条腿产生的向上支撑力，是它们自身重量的20倍，完全是由于昆虫的跗骨与水面平行接触时的支撑力。

“这一发现颠覆了传统观点，即蚊子的腿越长，它们产生支撑力的能力就越强，”刘娇寿说。

通过减少蚊子腿和水面之间的接触面积，水面对昆虫的粘附也将显著减少，从而帮助蚊子飞离水面。

蚊子的跗骨能产生如此大的支撑力，以及每单位长度的结构能力如何，这是研究小组开始研究的课题。接下来，刘娇寿和他的同事将研究蚊子腿的微观结构、湿附着和动态行为。