貓的美容方法竟是人類設(shè)計(jì)毛刷的"智慧源泉"

貓總是喜歡梳洗打扮自己，就像它們喜歡睡覺一樣。醒著的時(shí)候，貓有四分之一的時(shí)間都在清潔自己的皮毛。那么，它們自我清潔的秘訣是什么?《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)最新發(fā)表的論文指出，這依賴貓舌頭上彎曲凹陷的倒刺。

圖1：貓舌頭上的細(xì)小腫塊實(shí)際上是被稱為乳頭狀突起的小刺，了解它們的工作原理可能有助于設(shè)計(jì)新的毛刷，不但可以幫助貓減少過敏，還能讓人的頭發(fā)變得更干凈

這些被稱為“乳頭狀突起”的細(xì)小刺狀物可以將口腔中的大量唾液轉(zhuǎn)移到皮毛上，這樣不僅可以幫助貓咪清潔皮膚，還可以在唾液蒸發(fā)時(shí)降低體溫。美國佐治亞理工大學(xué)的生物工程師大衛(wèi)⋅胡(David Hu)表示：“貓的舌頭就像一把智能化的梳子。”

這一研究結(jié)果不僅讓我們了解到世界上最受歡迎的寵物之一是如何保持清潔的，還激發(fā)了設(shè)計(jì)新型刷子的靈感。這種刷子叫做TIGR(舌形梳刷)，它就像貓的舌頭一樣，上面布滿了彎曲細(xì)小的柔韌刺，它可以很容易地從人類和貓科動(dòng)物身上去除松散的毛發(fā)或皮毛，而且只需輕輕一刷手指就可以清理干凈。胡教授說，通過去除多余的皮屑，可能讓貓不那么容易過敏。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這些勺狀的乳頭狀突起可以讓貓的唾液直接進(jìn)入皮膚，這可能會(huì)為清潔各種毛茸茸的物體表面提供新的方法。康奈爾大學(xué)生物工程師表示：“輸送液體對(duì)動(dòng)物和工程師來說都是個(gè)大問題，但這篇論文表明，科學(xué)家可以利用動(dòng)物基本行為的物理學(xué)原理來解決基本問題。”

胡教授的博士生亞歷克西斯⋅諾埃爾(Alexis Noel)在看到她的試著梳理毛絨絨的毛毯時(shí)，她開始用全新的視角來思考這個(gè)過程。

這些乳頭狀突起覆蓋著貓的舌頭，并賦予它沙紙般的粗糙質(zhì)地。這些細(xì)刺纏在諾埃爾的毯子上，促使她想弄明白為什么這些刺狀結(jié)構(gòu)能夠輕松理順毛皮(和毯子)上的結(jié)。瀏覽一下研究文獻(xiàn)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家們幾乎沒有注意到貓的美容生物學(xué)行為。胡教授和諾爾決定改變這種狀況。

首先，他們需要貓舌。從死去的家貓身上提取樣本很簡單，但得到野貓的舌頭卻不容易。諾埃爾說:“沒有多少現(xiàn)成的舌頭樣本。”在與動(dòng)物園和動(dòng)物保護(hù)機(jī)構(gòu)溝通了幾個(gè)月之后，胡教授和諾爾終于有了足夠的樣本。他們獲得家貓、山貓、美洲獅、雪豹、老虎和獅子等六種貓科動(dòng)物的舌頭樣本后，諾埃爾和胡教授用微型CT掃描儀放大了乳頭狀突起。

此前，1982年的一篇論文報(bào)道了貓的乳頭狀突起是中空的圓錐體，但是佐治亞理工學(xué)院研究人員使用的新技術(shù)表明，貓的乳頭狀突起實(shí)際上是向喉嚨后彎曲的結(jié)構(gòu)。胡教授說，這種差別聽起來很微妙，但事實(shí)并非如此。乳頭狀突起的彎曲形狀使得它能在接觸物體時(shí)吸住水，并利用表面張力，這是空心錐無法做到的。

圖2：貓梳理毛發(fā)的圖片，它的舌頭能把唾液通過毛發(fā)層層傳遞到皮膚

胡教授稱：“在這么小的范圍內(nèi)，這些差異真的很重要。”雖然每個(gè)乳頭狀突起可能只能吸住一小滴水(準(zhǔn)確地說是4.1微升)，但在一天中，一只家貓的舌頭平均能為其皮毛吸收48毫升的水，大約相當(dāng)于一杯水的五分之一。

研究人員發(fā)現(xiàn)，乳頭狀突起的方向并不是固定的。高速視頻顯示，三只短毛家貓?jiān)谑崂砻l(fā)時(shí)，乳頭狀突起會(huì)旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)讓尖部探頭更加深入到結(jié)中，并最終使其松動(dòng)。胡教授說，這種柔韌性讓這種相對(duì)較短的尖刺不僅能清潔較長、較稀疏的皮毛，而且還能清潔緊挨著皮膚的厚絨毛狀的底毛。

研究人員的測量結(jié)果顯示，即使在梳理毛發(fā)的過程中，舌頭的壓力也相對(duì)較小，所有種類的貓科動(dòng)物都能把自己清理得干干凈凈。但是所有的這些舔刷行為不僅僅是為了讓小貓看起來更漂亮。熱成像攝像機(jī)顯示，裝扮自己的過程也可以幫助貓降溫，通過唾液蒸發(fā)在皮膚和外層皮毛之間形成超過1攝氏度的溫差。

了解貓是如何保持清潔是一回事，但作為工程師，胡教授想更進(jìn)一步地探索。當(dāng)孩子們生了虱子后，他花了幾個(gè)小時(shí)在藥店里尋找合適的刷子來清除虱子，然后梳理他們的頭發(fā)，以清除虱子留下的所有痕跡。網(wǎng)絡(luò)搜索顯示，在數(shù)萬年的時(shí)間里，刷子幾乎沒有發(fā)生太大的變化。胡教授和諾埃爾的合作讓兩人覺得，也許貓舌可以幫助他們?cè)O(shè)計(jì)出更好的東西。

法國國家科學(xué)研究中心工程師西爾萬⋅德維爾(Sylvain Deville)說:“通過研究貓清潔自己的方式來尋找新材料非常酷，這表明你不必深入森林去尋找有用的東西。”

使用硅基聚合物，胡教授和諾埃爾通過3D打印機(jī)打印出了一個(gè)小而靈活的毛刷，大小與兩個(gè)手指并排握在一起差不多。毛刷上的刺就像是放大版的貓舌乳頭狀突起。當(dāng)諾埃爾和胡教授比較TIGR和人類用刷去除人造尼龍毛皮上的結(jié)時(shí)，TIGR可以用比標(biāo)準(zhǔn)刷更少的力量去除更多的結(jié)。諾埃爾還可以用手指輕輕一揮就把毛發(fā)從刷子上取下來，而不是費(fèi)力地用鑷子把毛發(fā)拔出來。

TIGR柔軟而靈活的特性，可能提供些更接近貓的清理原理。蒙大拿州仿生學(xué)研究所的設(shè)計(jì)總監(jiān)梅根⋅舒克切特(Megan Schuknecht)說，TIGR是生物靈感設(shè)計(jì)的完美例證。她說：“貓?jiān)谖覀兩磉呉呀?jīng)有數(shù)千年了，但是從來沒有人想過要這么近距離地觀察它。”

盡管如此，康奈爾大學(xué)生物工程師Sunghwan “Sunny” Jung表示，TIGR還沒有做好大規(guī)模生產(chǎn)的準(zhǔn)備。他說:“有很多地方需要改進(jìn)，才能投入實(shí)際使用。”

胡教授和諾埃爾已經(jīng)為TIGR申請(qǐng)了專利，他們發(fā)現(xiàn)這種刷子不僅可以用于美容，還可以用于給貓的皮膚涂面霜和乳液，甚至還可以用于對(duì)紡織品中的纖維進(jìn)行分類。喵星人已經(jīng)統(tǒng)治了互聯(lián)網(wǎng)，有了TIGR，它們可能離最終統(tǒng)治整個(gè)世界又近了一步。