Інженери Каліфорнійського університету в Ріверсайді (UCR) знайшли ключові підказки про те, як скати плавають, виявивши, що їхні хвилеподібні рухи — це більше, ніж просто вистава, а точно налаштована адаптація для підтримки стабільності в складних підводних умовах. Спеціальний роботизований плавник, розроблений для імітації руху скатів, був протестований у контрольованих водних тунелях, що призвело до дивовижного висновку: скати, розташовані поблизу морського дна, активно протидіють силі, спрямованій вниз, злегка нахиляючи свої плавці вгору.
Еволюція пересування ската
Скати демонструють різні стилі плавання залежно від місця проживання. У той час як пелагічні (океанічні) скати ковзають, змахуючи плавниками, бентосні (донні) скати використовують хвилеподібні рухи, які координуються з течіями на дні моря. Цей стиль хвилі особливо ефективний, оскільки він переробляє енергію води, щоб зменшити опір. Дослідники підозрювали, що ця розбіжність була еволюційною відповіддю на фізику різних середовищ, теорію, яку вони хотіли довести.
Роботизований експеримент з плавниками
Щоб перевірити свою гіпотезу, команда UCR створила силіконовий роботизований плавник товщиною 9,5 міліметрів і занурила його в спеціальний водний тунель, який імітує океанські течії. Метою було спостерігати, як підйомна сила впливає на плавник на різних глибинах. Несподівано біля морського дна плавник відчув понижену силу, яка була протилежною очікуваній.
Відрегулювавши кут ласта, вони виявили, що нахил лише на кілька градусів скасовує негативну підйомну силу. Це свідчить про те, що природні промені інстинктивно плавають з невеликим кутом догори своїх плавників, що дозволяє їм долати тиск, який штовхає їх до морського дна. Хвилеподібний рух також постійно забезпечував більшу відстань від морського дна, ніж помахи плавниками, підтверджуючи його ефективність в бентосних умовах.
Наслідки для робототехніки та не тільки
Ці відкриття мають важливе значення для розробки підводних апаратів. Принципи плавання скатів можуть надихнути на створення більш енергоефективних і непомітних роботів. Дослідники вже вивчають ці можливості, включаючи попередні розробки, такі як тканинні та біогібридні роботи, що працюють від клітин серця, електродів або навіть м’язів щурів. Кінцевою метою є створення підводних апаратів, які імітують природну ефективність і тиху роботу ската.
«Здається, природа вже вирішила цю проблему», — сказав Юаньхан Чжу, інженер-механік з UCR. Це підкреслює незмінну актуальність біологічних систем як схем майбутніх технологій.
Дослідження демонструє, як еволюція оптимізує рішення фізичних проблем і як розуміння цих рішень може стимулювати інновації в робототехніці та підводній інженерії.
