鲨鱼的肠子有着独特的螺旋形状，有利于流体向一个方向流动。通过了解这一现象的工作原理，物理学家希望将这些原理应用于机器人和其他应用。发明家尼古拉-特斯拉在1920年为一种管道申请了专利，他称之为"阀式管道"。它的建造是为了在没有任何移动部件或增加能量的情况下将流体引向一个方向，其应用范围从软体机器人到医疗植入物。

2021年，科学家们发现，鲨鱼的螺旋形肠子的工作方式大致相同，有利于流体向一个方向流动--从头部到骨盆。

华盛顿大学莎拉-凯勒实验室的物理学家伊多-莱文对流体通过这些鲨鱼螺旋形的物理流动产生了兴趣。2月20日星期一，在加利福尼亚州圣地亚哥举行的第67届生物物理学会年会上，他将介绍鲨鱼肠道的3D打印模型是如何帮助他们了解这些螺旋的工作原理的。

Levin解释说，"2021年研究的研究人员将一根管子连接到鲨鱼肠道，并将带有甘油的水--一种非常粘稠的液体--通过这些管道。而且他们表明，如果这些肠子与消化道的方向相同，得到的液体流动速度比将它们反过来连接要快。从物理学的角度来看，这非常有趣......物理学定理指出，如果你拿着一根管子，让流体非常缓慢地流过它，如果你把它倒过来，流量不会有差别。因此，我们非常惊讶地看到与该理论相矛盾的实验。但是在生物界却并不完全遵循这一原理，因为肠子不是由钢铁制成的--它们是由柔软的东西制成的，所以当流体流经管道时，它会使它变形。"

为了研究通过螺旋形管道的流体动力学，莱文和凯勒与他们在华盛顿大学纳尔逊小组的同事合作，创建了模仿鲨鱼肠道的软性三维结构。Levin说："15或20年前，试图用人造材料重建这些形状是不可能的。当他们使用刚性材料来3D打印这些形状时，流体在一个或另一个方向上的流动没有区别。然而，使用较软的弹性材料打印形状，导致流体在一个方向上流动得更快。"

利用这些3D打印的结构，该团队正在研究内部结构的半径、间距和厚度如何影响流体流动。使用较软的材料，他们还可以研究流速和管道如何变形之间的耦合关系。了解这些参数将有助于类似结构的工程设计，这些结构可用于软体机器人等事物。

直到最近，机器人都是用刚性材料和铰链制成的。但使用可以以不同方式变形的软性材料，就像章鱼一样开辟了一个全新的世界，Levin解释说，"这是尝试理解膜和流动之间相互作用的基本力学的一个步骤"。有一天，这个看似简单的系统可以控制工业或医疗设备。