Самая странная рыба плавает не сгибаясь: движения станут прорывом в мире подводных аппаратов

Новая работа команды из Северо-Западного политехнического университета (NPU) обнаружила, что черная призрачная рыба-нож (Black Ghost Kiebelfish) способна плавать вперед, назад и зависать на месте, используя один длинный плавник снизу, сохраняя при этом тело жестким, пишет Фокус.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Команда считает, что новые данные открывают путь к созданию другого типа подводного аппарата, который мог бы заменить пропеллеры на более точное управление в местах, где точность движений имеет первостепенное значение.

В ходе исследования ученые использовали высокоскоростные записи движения черной призрачной рыбы-ножа, на которых видно, как длинный плавник под ее телом создавал движущиеся волны, в то время как туловище рыбы оставалось практически неподвижным. В результате команде удалось задокументировать, как эти волны создавали тягу и управляемость, не требуя от рыбы изгиба тела.

По словам соавтора исследования Зе-Цзюнь Ляна, они с коллегами обнаружили, что один и тот же плавник не зависел от единого фиксированного шаблона, поскольку рыба меняла направление и поведение волн по мере изменения своего движения. Это делает открытие не просто любопытным явлением в движении животных, а поднимает более глубокий вопрос о том, что именно внутри плавника делает это управление возможным.

Данные указывают на то, что во время плавания вперед рябь начиналась около головы и распространялась к хвосту вдоль длинного плавника на брюхе. При движении назад тяга была направлена в противоположную сторону, а тело почти не сгибалось. Когда волны двигались навстречу друг другу и встречались, они создавали точку, где противодействующие силы частично компенсировали друг друга. Любопытно, что более ранние работы по робототехнике показывают, что подобный прием компенсации сил может улучшить стабильность, а также управление поворотами.

Результаты указывают на то, что прямое положение туловище имело значение не только для плавного плавания, но и для восприятия близлежащих объектов с помощью электричества.

Как и другие слабоэлектрические рыбы, она использовала электролокацию, улавливая искажения в собственном поле, для обнаружения объектов в темной воде. Ученые полагают, что жесткое тело помогает стабилизировать эти сигналы, и это одна из причин, почему инженеры так же заинтересованы в этом виде, как и биологии. Это пересечение между восприятием и плаванием делает рыбу особенно полезной для роботов, несущих камеры, зонды или другое чувствительное оборудование.

Наблюдения также показывают, что скорость движения рыбы изменялась наиболее плавно, когда плавник двигался быстрее, а не когда общая форма волны сильно менялась. В новом анализе частота волн лучше отслеживала крейсерскую скорость, чем высота волн или количество волн на плавнике. В общей сложности ученые проанализировали 32 последовательности плавания и почти 2000 записанных моментах этот временной сигнал оставался самым сильным индикатором скорости. Ученые считают, что роботы могут получить выгоду, поскольку контроллер может легче изменить темп, чем перестраивать плавник в середине плавания.

По словам ученых, форма также имела значение, поскольку плавник был самым высоким в середине, а не имел одну плоскую высоту. Его максимальная высота достигала примерно 24% высоты тела, чего было достаточно, чтобы перемещать воду, сохраняя при этом обтекаемость тела.

Лян отмечает, что их с коллегами результаты показывают, что реальные биологические системы гораздо сложнее. Это несоответствие помогает объяснить, почему многие прототипные плавники все еще выглядят аккуратно на бумаге, но работают менее похоже на живых рыб.

Традиционные гребные винты отлично справляются с отталкиванием воды назад на открытых участках, но теряют точность в узких, медленных пространствах. Однако теперь ученые считают, что роботы с длинными гибкими плавниками решают эту проблему по-другому, поскольку небольшие волны могут перенаправлять силу, не требуя от корпуса широкого разворота. Считается, что это может иметь значение в трубах, рифах, затонувших кораблях или местах спасательных работ, где тряска, шум и крутые повороты делают гребные винты неуклюжими. Впрочем, ученые предупреждают, что исследование имеет некоторые ограничения, так как данные были получены от рыб, плавающих самостоятельно в неподвижной воде.

Напомним, ранее мы писали о том, что ученые нашли неизвестный вид вымерших рыб с секретом внутри.

Ранее Фокус писал о том, что в юрском периоде что-то происходило с рыбами: ученые нашли только их головы.

При написании использовались материалы Ocean, Earth.com.