Морские обитатели разработали множество креативных способов передвижения по своему водному миру. У одних есть хвост для плавания, у других - ласты для скольжения, третьи приводят себя в движение с помощью струи. Последний способ передвижения обычно ассоциируется с кальмарами, осьминогами и медузами. В течение многих лет исследователей интересовали попытки перенести этот тип движения на мягких роботов, хотя это было непросто. (Вот еще несколько примеров).
Команда под руководством исследователей из Орегонского университета попыталась лучше понять, как эти студенистые организмы управляют своими подводными объектами, чтобы разработать лучшие способы проектирования подводных транспортных средств будущего. Результаты исследования были опубликованы на этой неделе в журнале PNAS. Существо, на котором они сосредоточили свое внимание, - Nanomia bijuga, близкий родственник медузы, выглядит в основном как два ряда пузырчатой пленки с несколькими лентами на одном конце.
Это тело с пузырьками называется нектосомой, а каждый отдельный пузырек - нектофором. Все нектофоры могут самостоятельно выпускать струи воды, расширяясь и сжимаясь, чтобы направить потоки морской воды через гибкое отверстие. Технически говоря, каждый нектофор сам по себе является организмом, и они объединены в колонию. Исследовательский институт аквариума Монтерей-Бей называет этих животных "живыми пригородными поездами".
Пузырьки могут координированно плыть вместе как единое целое, выпускать струи последовательно или делать что-то свое, если захотят. Важно отметить, что несколько схем выпуска струй приводят к основным движениям. Выпускание пар нектофоров в последовательности от кончика до хвоста ленты позволяет Наномии плыть вперед или назад. Выстрел всех нектофоров с одной стороны или выстрел некоторых отдельных нектофоров приводит к повороту и вращению тела. Используя эти команды для многочисленных струй, Наномия может мигрировать на сотни ярдов дважды в день на глубину до 2 300 футов (что включает в себя сумеречную зону).
У Namonia количество нектофоров может варьироваться от животного к животному. Поэтому, чтобы продолжить исследование, команда хотела выяснить, влияет ли эта вариация на скорость или эффективность плавания. Оказалось, что и эффективность, и скорость увеличиваются с ростом числа нектофоров, но, похоже, достигают плато примерно при 12.
Эта система передвижения позволяет намонии передвигаться по океану со скоростью, сходной со скоростью многих рыб (если судить по скорости в контексте длины тела), но без высоких метаболических затрат, связанных с работой нервно-мышечной системы.
Как же это морское существо может помочь в разработке транспортных средств, путешествующих под волнами? Джон Дабири из Калифорнийского технологического института, один из авторов статьи, уже давно является сторонником использования гидродинамики таких животных, как медузы, для создания водных судов. И хотя исследователи в данной работе не предлагают конкретную конструкцию двигательной системы для подводных транспортных средств, они отмечают, что поведение этих животных может дать полезные рекомендации для двигателей, работающих за счет нескольких струй. "По аналогии с [Namonia] bijuga, одно подводное транспортное средство с несколькими двигателями могло бы использовать различные режимы для адаптации к контексту", - пишут исследователи в своей работе.
Простые изменения во времени срабатывания струй или в том, какие струи срабатывают вместе, могут оказать большое влияние на энергоэффективность и скорость автомобиля. Например, если инженеры хотят создать систему, которой не требуется много энергии, то полезно иметь струи, которыми можно управлять независимо друг от друга. Если же автомобиль должен быть быстрым, то необходима функция, позволяющая управлять всеми двигателями с одной стороны одновременно.
"Для подводных аппаратов с небольшим количеством движителей добавление движителей может дать большой выигрыш в производительности", - отметили исследователи, - "но когда количество движителей велико, увеличение сложности от добавления движителей может перевесить прирост производительности".
Узнайте больше о Nanomia и посмотрите его фристайл ниже: