Подводные роботы смогут «плавать» как дельфины и косатки

«Мы заинтересованы в разработке следующего поколения подводных аппаратов, поэтому и пытаемся понять, как дельфины и киты плавают так эффективно. Мы изучаем, как устроены эти животные и что полезного можно взять от них для разработки подводных плавательных роботов с точки зрения плавательных характеристик или механики плавания этих животных», — говорит Кейт Мур, доцент Lehigh University's P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science.

Статья об этом открытии была недавно опубликована в Journal of the Royal Society Interface.

Хвостовые плавники китообразных бывают самых разных форм. Их кинематика (то, как эти животные двигают плавниками) также различна. Некоторые китообразные могут хлопать плавниками с большей амплитудой или наклонять их под более крутым углом. Исследователи хотели лучше понять эту взаимосвязь между двумя переменными, чтобы определить, была ли форма хвостового плавника адаптирована к конкретной кинематике.

«Мы провели 25 таких симуляций с заменой и были очень удивлены. Форма черной (малой) косатки всегда была лучшей, то есть самой эффективной, какую кинематику мы бы ей ни дали. А кинематика белухи всегда была лучшей, независимо от того, к какой форме она была «прикреплена». Мы не ожидали этого, поэтому мы стали больше «копаться» и разработали относительно упрощенную модель того, как эффективность соотносится с различными формами и движениями плавников».

Модель хорошо работала для массива данных, которые исследователи уже сгенерировали, поэтому они расширили набор данных, чтобы изучить любые возникающие тенденции. Они обнаружили, что их модель не только предсказала эффективность за пределами их набора данных, но также показала, что конкретные формы были адаптированы к конкретной кинематике. Также ученые установили фундаментальную взаимосвязь между циркуляторными силами и виртуальной массой, которые способствуют эффективному движению животного под водой. Циркуляторные силы — это те, что создают подъемную силу, как в самолете.

Ученые обнаружили, что ускорения плавника являются неотъемлемой частью предсказания тенденций эффективности. Ранее считалось, что форма плавников не меняет эффективности.