Почему рыбы плавают так хорошо ? Это объяснение может помочь в проектировке подводных роботов

Вскоре освобожденные от пропеллеров роботы будут изящно плыть. Новая модель движения рыб и других водных животных объясняет, как им удается перемещаться без больших энергетических затрат. Это может помочь создать энергоэкономичных подводных роботов, которые плавают так же, как настоящие животные.

Пристально наблюдая за тем, как плавают рыбы, дельфины и другие морские существа, Менди Саадат и его коллеги из Гарвардского университета заметили: многие из них обладают удивительно похожим стилем. Его можно описать простой моделью: она зависит от скорости и размаха хвостом и от длины животного.

Саадат и его коллеги выяснили еще один важный параметр для этой модели: отношение размаха хвостом к длине рыбы. Они обнаружили, что почти все рыбы – и многие другие водные существа – сохраняют этот параметр в узком оптимальном диапазоне и плывут, создавая тягу толчками хвоста с размахом от одной до трех десятых от длины животного.

Один за всех

«Эти параметры задают нужные рамки. Даже для рыб с непохожими формами и «походками». Если в них “попасть”, вы будете двигаться с минимальными затратами сил», – говорит Маттиа Гаццола из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне.

Исследователи разработали параметры модели, внимательно наблюдая за передвижением форели в резервуаре их лаборатории. Поток воды в резервуаре циркулировал и позволял животному оставаться на месте, плывя против течения, будто на беговой дорожке для рыб. Также команда тестировала кибернетическую систему – эмулятор рыбьего хвоста – и измеряла, сколько энергии расходуется на плавание.

Кроме того, исследователи использовали ранее опубликованные данные о множестве других морских животных, в том числе о макрели, черноперых акулах, дельфинах и косатках, отмечая, что они плавают соответственно с теми параметрами, которые были обнаружены у форели в лаборатории.

«Поразительно, что столько разноформенных и разновидовых водных организмов следуют одним и тем же основным правилам», – говорит Джордж Лоудер из Гарвардского университета.

Саадат верит, что эти правила можно использовать при проектировании энергоэффективных аквароботов. Такие роботы смогут, например, исследовать морское дно или делать карты коралловых рифов, не тревожа дикую природу. И военно-морские силы США заинтересованы в стелс-роботах, которые передвигаются без пропеллера.