Найдивніша риба плаває не згинаючись: рухи стануть проривом у світі підводних апаратів

Нова робота команди з Північно-Західного політехнічного університету (NPU) виявила, що чорна примарна риба-ніж (Black Ghost Kiebelfish) здатна плавати вперед, назад і зависати на місці, використовуючи один довгий плавник знизу, зберігаючи при цьому тіло жорстким.

Команда вважає, що нові дані відкривають шлях до створення іншого типу підводного апарату, який міг би замінити пропелери на більш точне управління в місцях, де точність рухів має першорядне значення.

Під час дослідження вчені використовували високошвидкісні записи руху чорної примарної риби-ножа, на яких видно, як довгий плавник під її тілом створював рухомі хвилі, тоді як тулуб риби залишався практично нерухомим. У результаті команді вдалося задокументувати, як ці хвилі створювали тягу і керованість, не вимагаючи від риби вигину тіла.

За словами співавтора дослідження Зе-Цзюнь Ляна, вони з колегами виявили, що один і той самий плавник не залежав від єдиного фіксованого шаблону, оскільки риба міняла напрямок і поведінку хвиль у міру зміни свого руху. Це робить відкриття не просто цікавим явищем у русі тварин, а піднімає глибше питання про те, що саме всередині плавця робить це управління можливим.

Дані вказують на те, що під час плавання вперед брижі починалися біля голови і поширювалися до хвоста вздовж довгого плавця на череві. Під час руху назад тяга була спрямована в протилежний бік, а тіло майже не згиналося. Коли хвилі рухалися назустріч одна одній і зустрічалися, вони створювали точку, де протидіючі сили частково компенсували одна одну. Цікаво, що більш ранні роботи з робототехніки показують, що подібний прийом компенсації сил може поліпшити стабільність, а також управління поворотами.

Результати вказують на те, що пряме положення тулуба мало значення не тільки для плавного плавання, а й для сприйняття прилеглих об'єктів за допомогою електрики.

Як і інші слабоелектричні риби, вона використовувала електролокацію, вловлюючи спотворення у власному полі, для виявлення об'єктів у темній воді. Вчені вважають, що жорстке тіло допомагає стабілізувати ці сигнали, і це одна з причин, чому інженери так само зацікавлені в цьому виді, як і біології. Цей перетин між сприйняттям і плаванням робить рибу особливо корисною для роботів, що несуть камери, зонди або інше чутливе обладнання.

Спостереження також показують, що швидкість руху риби змінювалася найбільш плавно, коли плавник рухався швидше, а не коли загальна форма хвилі сильно змінювалася. У новому аналізі частота хвиль краще відстежувала крейсерську швидкість, ніж висота хвиль або кількість хвиль на плавнику. Загалом вчені проаналізували 32 послідовності плавання і майже 2000 записаних моментів цей часовий сигнал залишався найсильнішим індикатором швидкості. Вчені вважають, що роботи можуть отримати вигоду, оскільки контролер може легше змінити темп, ніж перебудовувати плавник у середині плавання.

За словами вчених, форма також мала значення, оскільки плавник був найвищим у середині, а не мав одну плоску висоту. Його максимальна висота сягала приблизно 24% висоти тіла, чого було достатньо, щоб переміщати воду, зберігаючи при цьому обтічність тіла.

Лян зазначає, що їхні з колегами результати показують, що реальні біологічні системи набагато складніші. Ця невідповідність допомагає пояснити, чому багато прототипних плавників все ще мають акуратний вигляд на папері, але працюють менш схоже на живих риб.

Традиційні гребні гвинти чудово справляються з відштовхуванням води назад на відкритих ділянках, але втрачають точність у вузьких, повільних просторах. Однак тепер учені вважають, що роботи з довгими гнучкими плавниками вирішують цю проблему по-іншому, оскільки невеликі хвилі можуть переспрямовувати силу, не вимагаючи від корпусу широкого розвороту. Вважається, що це може мати значення в трубах, рифах, затонулих кораблях або місцях рятувальних робіт, де тряска, шум і круті повороти роблять гребні гвинти незграбними. Утім, учені попереджають, що дослідження має певні обмеження, оскільки дані було отримано від риб, які плавають самостійно в нерухомій воді.