Inženýři z University of California, Riverside (UCR) odhalili klíčová vodítka o tom, jak rejnoci plavou, a odhalili, že jejich vlnité pohyby jsou víc než pouhá show, ale je to jemně vyladěná adaptace pro udržení stability v náročných podmínkách pod vodou. Vlastní robotická ploutev navržená tak, aby napodobovala pohyb rejnoků, byla testována v kontrolovaných vodních tunelech, což vedlo k překvapivému zjištění: rejnoci v blízkosti mořského dna aktivně působí proti síle směřující dolů tím, že své ploutve mírně naklánějí nahoru.
Evoluce lokomoce rejnoka
Rejnoci vykazují různé styly plavání v závislosti na jejich stanovišti. Zatímco pelagické (oceánské) paprsky klouzají máváním ploutví, bentické (spodní) paprsky využívají vlnovité pohyby, které se koordinují s proudy na mořském dně. Tento styl vln je obzvláště účinný, protože recykluje energii z vody a snižuje odpor. Vědci měli podezření, že tento rozpor byl evoluční reakcí na fyziku různých prostředí, teorii, kterou se rozhodli dokázat.
Experiment s robotickými ploutvemi
Aby tým UCR ověřil svou hypotézu, vytvořil 9,5 milimetrů silnou silikonovou robotickou ploutev a ponořil ji do specializovaného vodního tunelu, který simuluje mořské proudy. Cílem bylo pozorovat, jak vztlak ovlivňuje ploutev v různých hloubkách. Nečekaně ploutev zažila směrem dolů sílu blízko mořského dna, což byl opak toho, co se předpovídalo.
Nastavením úhlu ploutve zjistili, že naklonění jen o několik stupňů ruší negativní zdvih. To naznačuje, že přírodní paprsky instinktivně plavou s mírným úhlem jejich ploutví nahoru, což jim umožňuje překonat tlak, který je tlačí směrem k mořskému dnu. Vlnitý pohyb také trvale poskytoval větší vzdálenost od mořského dna než mávání ploutvemi, což potvrzuje jeho účinnost v bentických podmínkách.
Důsledky pro robotiku a další
Tato zjištění mají důležité důsledky pro vývoj podvodních vozidel. Principy plavání rejnoků by mohly inspirovat k vytvoření energeticky účinnějších a nenápadnějších robotů. Vědci již tyto možnosti zkoumají, včetně předchozího vývoje, jako jsou tkáňové a biohybridní roboty poháněné srdečními buňkami, elektrodami nebo dokonce krysími svaly. Konečným cílem je vytvořit podvodní vozidla, která napodobují přirozenou účinnost a tichý provoz rejnoka.
“Zdá se, že příroda tento problém již vyřešila,” řekl Yuanhan Zhu, strojní inženýr z UCR. To zdůrazňuje pokračující význam biologických systémů jako plánů pro budoucí technologie.
Studie ukazuje, jak evoluce optimalizuje řešení fyzikálních problémů a jak porozumění těmto řešením může vést k inovacím v robotice a podvodním inženýrství.
