北京
上小学的时候，男生们会在学校卫生间里比谁尿得远（这似乎是全世界男孩共通的一项娱乐）。为了拼距离，一群傻孩子多喝水、憋尿......第一名会把开心和骄傲带到厕所之外。
人类尿出一两个身位的距离差不多到头了。而一种毫米级的昆虫，叶蝉，能以 40 g—— 40 倍重力加速度——比最快的跑车高 10 倍的加速度将尿发射出去，距离超过自身的 100 倍远。
喝水多，尿得远
生物学家给它起名为神枪手叶蝉（Homalodisca vitripennis），这些长约 12 毫米的小昆虫，通过将针状口器插入植物以汁液为食。
木质部汁液是一种营养不足的食物，95% 是水。于是，就像憋尿的孩子的一样，叶蝉要喝大量的水。人类每天小便约占体重的 1/40，而叶蝉每天撒尿的量高达其体重的 300 倍——按 100 斤的人算，一天喝 15 吨水......
对此，叶蝉小小的身体需要像下雨一样不停的撒尿。
而神枪手叶蝉，进化出一种巧妙的创新应对不断撒尿的任务——它们不是撒出一条水流，而是弹射滴液。
科学家们使用高速视频和显微镜研究了叶蝉的尿尿现场。
神枪手叶蝉尾端有一个特殊结构：当叶蝉准备好撒尿时，尾部的「刺突结构」会向下弯曲以腾出空间。叶蝉挤出一滴尿液，当液滴达到最佳尺寸时，刺突结构向下弯曲到极限，然后靠弹力发射液滴，加速度超过 40 g，水平的话能弹 1 米多远——差不多是叶蝉自身长度的 100 倍。
玩儿过街机游戏里的弹球机器么？叶蝉屁股上这个疏水的刺突结构差不过一个意思，能像小型弹射器一样将排泄物高速弹出。
超级推进力的效应
别小看这个弹尿的机制。
实验记录的数据是：「刺突结构」的移动速度高达每秒 0.23 米；而，弹射的尿液滴飞行速度提高了约 40%，最高可达 0.32 m/s。
尿液滴在空气中的速度比弹射它们的刺突结构更快。
发现这 1.4 倍的速度比，揭示了生物有机体进化出「超级推进力」效应的第一个例子。
叶蝉进化出「超级推进力」效应，堪称物理学和生物工程的壮举。这种效应以前只在人造物中出现——弹性射弹的移动速度比其发射台的速度更快，这是因为它通过同步其运动与发射台的运动而获得能量提升。
简单来说，科学家们发现叶蝉刺突结构在发射前，利用振动高速压缩尿滴，将能量储存在尿滴的表面张力中。（表面张力是迫使液滴结成珠状的力，它源于液体中的分子相互粘附的紧密程度，使液体表面像柔性膜一样）
如果时机恰到好处，液滴可以以极高的速度发射。
为什么弹射？
进化出弹尿有什么意义？
通过超级推进力喷射液滴，比形成射流在能量上更节约——估计弹射液滴所需的能量比形成水流所需的能量少 4-8 倍。
这种进化和生物体的大小息息相关，同样喝树液的我们熟悉的"知了"——蝉，形成粗大的射流来排尿，因为它们个子足够大，不用面对毫米级叶蝉受到的能量限制。
毫米级的叶蝉，生活（受困）在表面张力主导的世界中，会让尿的重量、表面张力拖垮——于是进化出了这种巧妙的机制来克服毛细管粘附。
类似的情况是微小真菌物种，例如弹孢子和真菌大炮， 会利用爆炸性射流或液滴聚结来分散其孢子。但，这两种流体喷射机制都具有破坏性和不可重复性，这与神枪手叶蝉使用的机制不同。
总的来说，叶蝉这独特的流体喷射技术突显了生物有机体的伟大——面对物理和能量限制，生命也会找到办法。
有时候，我们常把昆虫形容为机械。现在，能从这些小小的叶蝉身上学一招了。
这些相关的研究成果，提供了实现一种节能的超级推进机制，未来或许可以用在合成系统中操纵弹性物体，从拾取和放置纳米、微流体设备，到柔软的弹性机器人引擎等等。
或者，我们看奇幻作品的时候，感到疑惑的一点可以解决了：那些魔法师手上攒了个"水球"、"火球"以后，怎么发射出去的？嗯，魔法师手上没准儿有这么个弹射机制。
作者感谢你的关注(- _-)
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