穿過海洋的運動可能很艱巨。水比空氣更粘,因此水下生物在遊泳時必須克服強烈的摩擦阻力。
為了使事情變得更加困難,液態水無法提供任何固體。
但是,在世界海洋中遊蕩了半個世紀的低水母卻提出了一種優雅而有效的推進方式。
科學家發現,至少一種水母通過其脈動的膠狀起伏而產生了沿相反方向旋轉的渦流。在兩個渦流相遇的地方,當水靜止時,碰撞產生了一個區域-實際上,形成了水母用來推開的壁。
南方大學整合生物學教授Bradford J. Gemmell表示,水母具有簡單透明的簡單身體結構,「代表了一個非常好的模型,可以理解動物如何與周圍的水相互作用,從而有效地移動。」佛羅裡達。「例如,比人類創造車輛的效率更高。」
加州理工學院航空與機械工程學教授約翰·O·達比裡(John O. Dabiri)表示:「本文以這些動物有效遊動的日益增長的方法組合為另一篇文章。」 Dabiri博士過去曾與Gemmell博士合作,但並未參與當前的研究。
像我們這樣的陸生動物的運動很容易,因為我們下面的地面通常不會移動。蓋梅爾博士說:「我們反對這樣做,而且沒有任何進展。」 「所以所有的力量都轉移到我們的腿,腳上,然後向前移動。」
推入水,它就會移開。如何使水保持靜止?
海ly所使用的反向旋轉渦流是地面效應的一種變化。Gemmell博士說:「很長一段時間以來,人們就已經知道,當您在堅固的邊界附近遊泳或飛行時,性能會得到明顯提高。」
那是因為液體的流動在像海底這樣的固體表面附近變慢,並且確實在其表面處停下來。因此,當某個物體在底部附近遊動時,水不會輕易流失,這使自行變得容易一些。
公海中沒有牆壁,地面或其他表面,因此水母會創造出自己的水牆。
科學家們捕獲了八隻月水母Aurelia aurita的高速視頻,以研究它們的遊泳運動。
當水母完成其中一衝程並放鬆時,它會生成一個旋轉狀的甜甜圈形狀的環,稱為「停止渦流」,而動物的過大的「鐘形」部分會捕獲該渦流。當鐘聲收縮時,它會形成第二個液體環,即起始渦流,向相反的方向旋轉。當水母在水中升起時,開始和結束的渦流會匯合,形成有助於推進的虛擬壁。
這種不動的水環只是短暫存在,因此不如真正的牆有效。但這仍然可以幫助水母。「很酷的事情是,他們能夠在開闊水域中做到這一點,」 Gemmell博士說。「他們不需要在固體表面附近的任何地方就能獲得這種好處。」
水母如何有效遊泳的知識可能會激發未來的水下機器人。
那是達比裡博士試圖建造多年的東西,但現在他採取了另一種方法:將微電子技術嵌入到活水母中,命令它們去科學家想要去的地方,有可能將它們變成可以攜帶傳感器以測量海洋狀況的活機器人。他說:「我們刺激他們的肌肉以我們決定的速度遊泳。」
達比裡博士說,去年在《科學進展》雜誌上發表的這項研究是合乎道德的,因為水母沒有疼痛感受器或大腦,也沒有表現出壓力反應。
他說:「我們能夠證明這些動物實際上可以使它們比自然界更有效地遊泳。」