Традиционные фильтры обычно используют сетки для отделения твердых частиц от жидкостей. Эти сетки требуют частой замены и чистки, иначе они легко засоряются. Напротив, рот рыбы обладает гораздо большей фильтрационной способностью. Рыбы, питающиеся с помощью фильтра-, такие как золотые рыбки, веслоносы, гигантские акулы и китовые акулы, могут задерживать частицы пищи во время фильтрации пищи, предотвращая засорение их ротовых фильтров.
Основываясь на фильтрационном механизме ротовой части-кормящейся рыбы, была разработана высокоэффективная модель фильтра, позволяющая эффективно избежать засорения. Была разработана 3D--напечатанная-модель нейлонового пластикового фильтра в форме конуса. Модель поместили в резервуар с проточной водой, чтобы наблюдать ее фильтрационный эффект и сравнивать с механизмом фильтрации ротовой полости веслоноса.
Результаты показали, что и модель, и рот рыбы улавливают твердые частицы и предотвращают засорение, создавая водовороты в жидкости. Жаберные дуги представляют собой конусообразные-структуры, образованные изгибом твердого хряща, поддерживающего жабры, с костями, расположенными параллельно, как в старомодном-радиаторе.
Исследователи объясняют, что конусообразная-форма способствует потоку воды во рту рыбы, создавая течения и водовороты, а параллельно расположенные-кости помогают мелким частицам агрегироваться. Совместное действие этих двух элементов образует механизм «вихревой ступенчатой фильтрации», который может перехватывать частицы размером даже меньше, чем промежутки между костями.
Этот механизм фильтрации имеет широкий-диапазон будущих применений: от микрофильтров, фильтрующих частицы размером с ячейку, до фильтров в крупных промышленных трубопроводах, где он сможет эффективно работать.
