鱼通过腮提取水中的氧气,有没有人发明一种和腮原理一样的人造“腮”让人类生活在水里?

提供的答案:

答案是有人企图众筹一个这样的设备,潜水爱好者欢呼雀跃,积极筹款,但是似乎此创意不被专家看好……

从几年前的一个众筹项目说起

2016年一个叫Triton的项目曾经以下面的这个人工腮设计在Indiegogo进行众筹,几天内就筹到了70万刀。媒体们于是迫不及待地以半科幻的方式为我们展示了这个设计。

上图:人工腮外观设计,像是两个把手,但那实际上是腮的功能性部分,水将进入把手内的空隙。

上图:人工腮的基本原理是利用孔径小于水分子的材质,将水中的氧气从水中分离出来。据说韩国科学家已经研发出了这种材质。

上图:人工腮内部的机电设计。电池仓和压缩泵将水压入人工腮结构。

吉利彩票[头条·小宇堂-未经许可严禁转载]

但是……

有媒体纠集了一批专家对此项目进行讨论,共识是:Triton面临着电池设计、高压存储和过滤方面的“硬伤”,这些问题可能在未来几十年都无法解决。

Triton被认为是一种投机炒作。 天然鳃之所以能够有效工作实际上是因为几乎所有带鳃的动物都是冷血动物,它们需要的氧气比相同大小的温血动物要少得多。因此,人造腮需要极大的效率跟水体进行气体交换才能满足人类的需要,这一点在工程上和可行性上对设计原理、适用性和制造技术都是巨大的挑战。

吉利彩票上图:鱼类腮的工作原理。在溶氧量低于1%的水中,鱼鳃的氧气交换效率其实不低。

我们来算一下

使用标准的氧气溶解度表,可以得出处于海平面的淡水在室温(68℉)下含有约9.1毫克/升的氧气,就是.0091克。人类成年人在休息时每天(保守地)将使用617克氧气,约合每分钟0.42克。但这个数字变化很大,取决于个人的新陈代谢、体型、运动等等。但是对于这种情况,如果将.42除以.0091,则将得到大约46.1。 这是人工腮支持人生存的最小的过滤水量。

而要获得较好的功能体验,前述的人工腮每分钟必须要过滤45至90升水的水(就是45-90公斤),而且这仅仅是满足人的静息代谢。如果要动起来,这个水量还要翻倍。

装备了全闭路循环呼吸器的普通潜水员在游泳时每分钟需要1.5升氧气,在休息时每分钟需要0.64升氧气。因此,每分钟至少需要192升的海水,而且该系统在缺氧水中不起作用,这里计算还是基于藻类丰富的热带地区的海水,其每升水含有5-8毫克的氧气。

上图:肺泡是如何浪费氧气的——21%进,15%出,只吸收了6%左右。肺泡的氧气交换效率低于腮,因为大气中的氧气浓度远高于水中溶解的氧气,这“惯坏”了陆生动物们。

人类肺泡对氧气的低利用率也是人造腮的挑战,花费大量成本过滤得来的氧气,确因为人的肺不能吸收而必须呼出。人造腮必须要回收这些氧气,这需要不同于从水中过滤氧气的机制,这给人造腮带来了设计和制造复杂度。

总结

吉利彩票人类作为高需氧量高代谢率的温血动物要靠腮生活在水中有诸多挑战,从目前的科技水平看不到解决之道。

由网友 科学闰土 提供的答案:

在所有鱼类的特性中,水下呼吸的能力是人类最羡慕的,鱼类水下呼吸是通过鳃完成的,水通过鳃部时进行气体交换。而人工鳃是一种未经证实的概念装置,能让人类从周围的水中吸收氧气,目前仍属于科幻小说的范畴,只是一种推测性的技术,还没有变成现实。

人工鳃最大的问题之一是大小。几乎所有有鳃的动物都是冷血动物,新陈代谢较慢,所以它们比同样大小的恒温动物需要更少的氧气。因为人类是温血动物,新陈代谢旺盛,所以需要更多的氧气。一升空气中含有200毫升的氧气,但是每升水只有5毫升左右的氧气。因此即使一个人佩戴的人造鳃效率高达100%,人工鳃每分钟也必须处理100-200升的水,才能保证在水中的氧气需求。这意味着,以目前的技术,一个可以提取一个人呼吸所需要的氧气的人工鳃装置将会有一辆大巴那么大,这就是为什么早期的人造鳃的设计特点是在大背包里有巨大的叶轮来推动水通过装置。此外,人工鳃还装有一台压缩机和一个储气罐来储存呼吸的空气,以及某种调节器把储存的高压空气变成可呼吸的压力。

吉利彩票能够在水下自由呼吸而不受重型设备的阻碍是一个共同的梦想,这个概念多年来一直困扰着世界顶尖科学家和军事承包商。2016年曾经有一家公司在Indiegogo网站上发起众筹,声称自己发明了世界上第一个人造鳃换气器Triton,价格为300美元。发明者声称他们的人造鳃技术可以让使用者在水下呼吸45分钟,只需通过一个多孔过滤器吸水并从中提取氧分子,项目在短短几天内筹集到70万美元。不幸的是,这似乎也是一个白日梦,引发了大量的批评和争议,因为一些科学上不可能的说法而受到抨击。Triton的发明者随后取消了他们在Indiegogo上的众筹活动,退还了所有支持者的资金。

吉利彩票一家名为Like-A-Fish的以色列公司目前也正致力于提高人工鳃的效率,早期他们测试一个原型,该装置的潜在应用领域将是潜艇和水下栖息地,在这些地方,尺寸不是问题。这个人造鳃原型机使用高速离心机来降低密封室中的海水压力,让水中的空气重新逸回到气态,释放储存到安全气囊中。然而,这款设备也有它自己的缺点,功率太大太依赖于电池电量。

由网友 摘叶飞花 提供的答案:

这个一定是伪科技。我们从他的空气制造能力来分析:

从图片可以推断它的尺寸,总体积不超过300毫升。因此,它的储存空气量不可能300毫升。在室温情况下,空气在水中的溶解量17ml/1000ml。正常人在一次呼吸中,呼入空气大约为500毫升/2秒。

从以上数据可以计算得出,此设备需要在1秒内,产生约500毫升的空气,供人吸气使用。设备需要处理的水量为29.5kg.

吉利彩票假如,此设备300毫升的体积,均为气水分离换装置,设备每秒钟需要工作98.3个循环,等于是352800循环/小时。这个转速与1.5排量,4缸4冲程汽车发动机,在时速超过200公里以上时,的高转速相当。

鉴于现在高转速微型电机的尺寸,及所需电池的尺寸,这个呼吸装置不可能这么小。

这个装置靠牙齿,咬在嘴上,此呼吸装置每秒钟吸入29.5公斤的水,相当于一大桶矿泉水。因此产生做用力,作用在人的脖子上,这是人体所不能承受的。

有以上可以推断,这必然是伪科技。围观的群众还是散了吧!

由网友