Инженер профессор Франсуа Бартелат изучает механику, которая позволяет плавникам быть гибкими и жесткими одновременно, при этом мышцы у основания создают гладкую рябь, которая оказывает значительную силу на окружающую их среду.
«Вы получаете эту двойную возможность, когда плавники могут трансформироваться, и при этом они все еще довольно жесткие, когда толкают воду», - сказал он.
«Если вы посмотрите на плавник, вы увидите, что он состоит из множества жестких лучей», - сказал Бартелат. «Каждым из этих лучей можно управлять индивидуально, как пальцами, но в каждом плавнике их 20 или 30 штук».
Лучи состоят из жестких минерализованных сегментированных нитей, называемых гемитрихами, соединенных краем к краю гораздо более мягким коллагеном, «что делает их идеальным балансом между упругостью и жесткостью», согласно университету.
Если потянуть за один полутрих и надавить на другой, то луч изогнется.
Команда использовала компьютерное моделирование и трехмерные печатные конструкции, чтобы понять биомеханику.
Настоящие лучи сегментированы по длине, и выяснилось, что это важно, поскольку они периодически меняют жесткость.
Моделируемые лучи постоянной жесткости по длине (правую) оказался слишком жестким, чтобы работать эффективно, в то время как сегментация (выше левого) улучшенная работа.
«До недавнего времени функция этих сегментов не была ясна», - сказал Бартелат. «Сегменты, по сути, создают эти крошечные петли вдоль луча».
«Когда вы пытаетесь сжать или растянуть эти костные слои, они имеют очень высокую жесткость», - продолжил он. «Это критически важно для луча, чтобы он сопротивлялся и создавал гидродинамические силы, толкающие воду. Но если вы попытаетесь согнуть отдельные костные слои, они очень податливы, и эта часть имеет решающее значение для того, чтобы лучи легко деформировались от базовых мышц ».
Где можно было использовать эти знания?
- Для начала - гибкие крылья самолета, - сказал Бартелат. «Самолеты делают это сейчас, в некоторой степени, когда они опускают закрылки, но это жестко. Напротив, крыло, сделанное из трансформирующихся материалов, могло менять свою форму более радикально и непрерывно, как птица ».
По словам Бартелата, проект лишь поверхностный: «Нам нравится продолжать с того места, где остановились биологи и зоологи, используя наш опыт в механике материалов, чтобы углубить наше понимание удивительных свойств мира природы».
Университет Колорадо в Боулдере сотрудничал с Лувенским католическим университетом, Сиднейским университетом и Массачусетским технологическим институтом.
«Сегментация в плавниках обеспечивает большую амплитуду морфинга в сочетании с высокой жесткостью на изгиб для роботизированных материалов, созданных на основе рыб», - описывает исследование в Science Robotics - оплата, необходимая для полной статьи.