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。

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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。

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

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。

潜水确实是人类的一大软肋，虽然目前人类已经有了氧气瓶等潜水设备，但是氧气瓶很笨重不说，其中氧气的含量也相对较少，这决定了人不能在水里待太久。如果人能够像鱼那样直接从水中获取氧气的话，人在水中就可以“如鱼得水”了。那么，人能不能通过仿生学制造一个与鱼鳃同样远离的“鳃”帮助人类在水下生存呢？还真的有人这么干了。

早在2018年，国外的一位设计师就从007电影中詹姆斯邦德水下打斗时嘴巴上戴的一个呼吸器上找到了灵感，虽然电影中的呼吸器是虚构的，但这位设计师还真的设计出来了，这款产品叫人造鱼鳃呼吸器，取名为Triton。

从外观上看，这个呼吸器就是由两个自行车车柄拼在一起的，中间由一个圆柱形的设计相连，如下图：

最关键的是，在一些呼吸设备中，通常会填充上一些具有吸附作用的物质，而这个产品里什么填充物都没有。那么它是如何工作的呢？原来这个呼吸器内部内置了细微的震动压缩机和过滤膜，它的工作原理是水先进入了两个车柄状的结构的内部（上面有无数个小孔），然后通过震动压缩机将水中的氧气与水分离，之后再经由过滤膜过滤，使得新鲜的氧气进入到人的嘴中，这样人就可以从水中源源不断的获得氧气了。

乍一看这个产品非常的牛X，看到它，我们似乎看到了可以自由在水中呼吸和徜徉的自己。但是，这个产品只是概念性产品，它还有着诸多的不足之处。

首先，震动压缩机是通过电池工作的，而电池都是有容量的。而且电池的容量通常与其体积呈正比，而如此小巧的呼吸器内要植入一块电池，它的蓄电量是比较少的。通过测试，研发者发现，在满电的状态下，这块电池只能支撑人在4.6米的深度坚持45分钟。

其次，不同的人对氧气的需求是不一样的。根据科学的测试，人每次吸入的空气约为500ml，而正常情况下，人每分钟要呼吸16-20次，也就是说人一分钟要吸入8-10升的空气，按照空气中氧气占比21％算，人一分钟至少需要1.7升的氧气。

这还是在正常的情况下，而在水下，人所受的压力以及人在移动时（上面的测试数据是人固定在4.6米的深度产生的），需要的氧气甚至会翻倍。需要的氧气量翻倍，人必然会增加呼吸的频率，此时电池的电量消耗必然也会加倍，这就会造成下水没多久电池就没电了的现象。（下图为Triton的工作原理）

第三，水溶氧的变化。一般情况下，深水区比浅水区的水溶氧要少很多，这是因为空气中的氧气之所以会进入水中，与气压有关，在气压的影响下，水中的氧气经由水面向水下渗透。但是，气压是不变的，但是水越深，水压越大，这就造成了空气中的氧气渗透到一定深度后就很难继续渗入了。

而上面的测试数据是在浅水中（4.6米）测得的，越往深处走的话，水溶氧越少，此时也需要多次呼吸才能满足人的正常需要。这必然也会让电池的续航时间大打折扣。

写在最后

虽然人造鱼鳃呼吸器是发明出来了，但是它的续航却成了问题，因为随着运动量加大、水深的增加、水溶氧的波动，人对氧气的需求会比在陆地上还要大的多，此时必然会大大缩短电池的寿命。因此，这个人造鱼鳃呼吸器发明了快4年了，也没有公司愿意去批量生产它。

想要解决这个问题，从电池入手显然是不太靠谱了，在笔者看来，不妨换一下思路，不要过滤水中原本就稀少的氧气，可以直接用装置把水电解成氧，这或许更靠谱一些。

而且还要考虑一个因素，因为不是有了氧气人就可以在水中自由自在了，想要下潜，人还要克服逐渐增加的水压。

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？

天上飞和水里游是人类的梦想，尽管我们都实现了，但并不能做到“自由”，因为还被束缚在各种条件中，当然翼装飞行算一种，但这是属于勇敢者的游戏！水里游呢？能像鱼儿一样自由游来游去吗？

当然水中自由的条件呼吸是少不了的，一般的情况就是带上轻装潜水具，然后背上压缩空气瓶进行水下活动！但事实上鱼儿在水里是可以自由呼吸的，因为水中有溶解氧，而鱼的血液与氧气交换的“肺”就是它的鳃，维持它生命最重要的工具就是我杀鱼时必须清理的那部分！

硬骨鱼的鳃和人类的肺功能是一样的，水流从鱼的口部进入有鱼鳃流出的时候水流与血流方向相反，逆流交换将二氧化碳带走，水流中溶解氧则通过交换进入血液循环到鱼全身！在2016年时有个叫Triton的众筹项目，目的就是制造出一个能在水下自由呼吸的人工鳃，因为人体不可能改变自身血液中氧的交换方式，因此人工鳃和鱼鳃在具体功能上还是很大区别的！

因为人类仍然用肺交换氧气与二氧化碳，所以人工鳃必须从将水中的溶解氧提取成气体状态，然后储存供人类呼吸！那么这个人工鳃需要多大的氧气供应量呢？一个成年人在休息状态大约每天消耗约600-800g，这个数值差异会很大，跟体型新陈代谢以跟人体状态影响都很大，不过我们可以参考一下！水中的溶解氧比例大约为0.0091克/升

那么一个成年人每分钟需要消耗约：0.417克

需要过滤总共约：45.8L水才能得到人类维持最低活动需要呼吸的下限！

这这明显就是一个水泵了，而如果要得到比较好的体验，那么其所需要的呼吸量会大大增加，我们并不担心这个腮达不到要求，但这个电池实在够呛，因为从图示的比例看起来，电池容量不可能太大，也许仅能维持部分时间，但这仅仅是数学计算而已，而水中的溶解氧并不均匀，看起来似乎还要挂上一个压缩空气瓶来解决这个问题！

但这样就解决所有问题了吗？并没有！

1.纯氧中毒！另一个问题是从水里溶解氧中提取的属于纯氧，人长时间呼吸纯氧会造成氧中毒，如果要按比例加入氮气的话必须要用一个压缩气瓶！

2.维持比较低压力的纯氧呼吸时间可以坚持更久一些，但即使实现也需要限制使用时间，说到这里大家也许会发现一个问题，即如果要自由自在的水下工作，那么可能要带上一个压缩气瓶补充氮气

3.而氮气呼吸并不能在水下太深，30M水下氮气呼吸超过1小时即有可能产生麻醉作用，因此如果要更深的话必须携带氦气瓶补充！

您是不是有一种问题层出不穷的感觉？毕竟人的身体结构适合在一个大气压中工作与生活，水下高压环境下我们人类并不是太适应，如果要强行要在水下工作的话，那么请安规程来，毕竟身体健康还是第一位！

因此Triton的众筹项目要获得成功非常困难，即使实现也存在各种各样的限制，当然噱头还是不错的，比如短时间的浅水下游玩那可能是个不错的选择，其实还不如设计一套高压微型潜水装具，能坚持个十几分钟也就差不多了，成本低，见效快，携带方便！

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。

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。

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。

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？

昨天刚回答了鱼之所以有逆流而上的习惯，原因之一除了产卵洄游、索饵洄游、越冬洄游外，鱼儿逆水游动可以在鱼前进的作用力和水流冲击力的双重作用下使得鱼鳃间隙增大，使得鱼儿能够得到更为充足的氧气供应。

而要回搞清楚这个问题，我们首先应该了解清楚鱼鳃的作用以及鱼鳃的工作原理。

我们都知道鱼鳃是鱼类的呼吸器官，其作用就是过滤氧气然后排出二氧化碳，其主要工作原理就是通过鳃片与水体接触获取水体中融入的氧气，然后通过鳃片中表皮很薄的微血管将接触的氧气通过血液送到身体的各个部位，同时体内的二氧化碳也由血液送达微血管薄壁传到水中，在鱼的口部和鳃盖的交替开闭之间完成氧气和二氧化碳气体的交换以维持体内的平衡。

基于这一原理，有科学家大胆的提出方案并付诸实施，认为只要造出一个像鱼一样能够正常呼吸的“人工腮”，这将对水下作业带来前所未有的改变，多的不说，就拿潜水作业来说，人们不用再背着繁琐的氧气罐了，只需要戴上一个像头盔一样的面罩就能在水中畅游。那么事实上真是如此吗？

不过，理想往往很丰满，现实环境中氧气是难溶于水的，平均1升的水中大约只能溶解30毫升的氧气，并且氧气的溶解度与水温、压力等多种因素直接关系。如果按照正常的氧气溶解度来计算，水体中的耗氧量约为0.03/1=3%，而正常情况下空气中的氧气约占21%，二者相差近7倍，很显然即使完全拥有鱼鳃一样的“人工腮”也不可能适应水中的环境，毕竟人类的陆生呼吸系统也是经过漫长的生活史进化而来，氧气不足会导致身体各器官的正常运转。

总之，人类每时每刻的氧气需求是要明显大于水生动物的，总不可能造一个无限大的水体氧气过滤系统吧，那还不如在现有的氧气罐上下功夫，将其改造得更适用一些。

以上内容，欢迎点评！

这个在现实中还没有成熟的产品，目前也只有一些概念性产品，远未达到实用化。

先看看鱼儿的鱼鳃工作原理：

当鱼通过嘴将水吸入体内时，它会通过咽腔，然后进入鳃，鳃只不过是一些细丝样的组织，高度折叠以增加表面积。

鱼群

鱼鳃里面有大量的毛细血管网络，水沿一个方向通过鳃，毛细血管中的脱氧血液沿相反方向流动，即发生逆流。因此，水中的氧分子 会扩散到血液中，而血液中的二氧化碳分子 会扩散到水中，鱼儿就这样完成了“呼吸”。

由于溶解于水中的 氧分子较少，鱼儿通过不断的张口进行“呼吸”，以便维持它们的生命，而鱼儿属于冷血动物，很少的氧便可以维持它们的生命。

鱼儿“呼吸”

而当鱼儿离开水面时间久了之后，鳃褶之间的空间就会塌陷，没有气体交换发生，鱼就会死亡，所以鱼儿离不开水。

要根据鱼鳃原理制作成人造腮，首先人得通过手术，允许血液通过“人工腮”交换氧分子和二氧化碳分子，那这就相当于在血管上通过一个手术弄个开关。

且不说人类的血液能不能像鱼儿一样交换氧分子，其实这种手术是没有多少人愿意这样做，因为这很容易带来另外的伤害，比如细菌的感染等等。

人工鱼鳃

现在所谓的人工腮，据说可以帮助人类下潜到4.5米深的水下，持续呼吸45分钟，这种靠电驱动的装置，有一个压缩机和用来过滤的膜，让人可以获得氧气，但与鱼鳃原理毫无关系。

但有质疑者说，人的体积太大，需要的氧气很多，靠这样的一个小东西不能提取出足够的氧气，根本就无法让人类在水底长时间呼吸。

所以想要模仿鱼鳃制造人工腮，让人类像鱼儿一样在水底畅游的想法，可能难以实现。

目前没人发明，未来也有可能发明。

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.

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！

对于陆生动物的人类羡慕着水中自由自在的鱼儿，羡慕着天上无忧无虑的鸟儿。期待着拥有一双翅膀可以展翅飞翔，也期待着有一种小巧设备可以实现在水中自由呼吸。

理想很丰满现实很骨感，这种人造鳃的原理并不难，但是要想真正的实现却是难度不小

鳃是硬骨鱼的呼吸器官，当鱼儿在水中游动水会进入嘴中然后通过两侧的鳃排出，鱼鳃表面存在细弱的毛细血管血液流动方向与水流方向相反，这样有利于氧气的提取和血液中二氧化碳的释放。

鱼类是冷血动物耗氧量很低并且利用效率较高，但即使在这种情况下鱼还需要在水中不断地游动来摄取水中更多的氧气以备呼吸。

但是人类可以吗？

首先我们哺乳动物的呼吸系统效率很低，这可能跟地球上的氧气含量有很大关系，呼吸一口空气但是氧气的利用率也就百分之三十左右，其他的会随着二氧化碳呼出体外。同时我们相对于鱼类会需要大量的氧气，才足够我们的身体活动所需。

但是水中含氧量非常低，并且含氧量会受到温度、压力等影响，标准温度、压力下海面上含氧量大约是每升8mg，而大气中标准状态下每升含氧量310mg。一个成年人正常情况下每天要呼吸将近2万次，吸入空气大约是16立方米左右，大约会吸入750g的氧气。

如果理想状态下人造鳃可以把水中氧气全部提取出来，那么在水中每分钟至少要过滤200升以上的水。那么这种情况下就会产生几种后果：

一、人类在水中游动的速度要足够的块，以让人造鳃过滤个更多的水；

二、人造鳃与水的接触面积要足够大；

三、如果上边两个条件都不考虑，那就需要人造鳃自动过滤水，那么需要足够的功率。在这种条件下，要想保证足够的电量，那么携带的设备可能比氧气瓶还要重，这就没有意义了。

像韩国人设计的Triton人造鳃非常精巧，就像一个防水面罩一样，但是个人比较怀疑这种未来概念产品的实用性和真实性。

这个问题提得好，当今高科技时代，只有你想不到，没有做不到的。相信不久的将来您的愿望一定能实现！