Исследователи в Северо-Западном университете показали некоторые механические свойства, которые позволяют рыбе выполнять их сложные движения. Их результаты, изданные 13 июня в журнале PLOS Computational Biology, могли обеспечить понимание в эволюционной биологии и привести к пониманию нервного контроля движения и разработки биовдохновленных подводных транспортных средств.«Если мы могли бы играть Бога и создать волнообразного пловца, насколько жесткий его тело должно быть? В какой частоте волны ее тело должно волноваться так, она перемещается в ее максимальную скорость?
Как его мозг управляет теми движениями?» сказал Нилеш Пэйтанкэр, преподаватель машиностроения в Школе Маккормика Нортвестерна Технических наук и прикладной науки. «Несколько тысячелетий назад, волнообразные пловцы как угри, у которых были правильные механические свойства, являются теми, которые выжили бы».Исследователи использовали вычислительные методы, чтобы проверить предположения о предпочтительных эволюционных особенностях.
Например, разновидности с низкой частотой активации мышц и высокой жесткостью кузова являются самыми успешными; исследователи нашли оптимальные ценности для каждой собственности.«Жесткость, которую мы предсказываем для хороших плавающих особенностей, является, на самом деле, тем же самым как экспериментально решительной чопорностью волнообразных пловцов с основой», сказал Амнит Бхалла, аспирант в машиностроении в Маккормике и одном из авторов газеты.
«Таким образом наши результаты предполагают, что предшественники основы дали бы начало животным с соответствующей жесткостью кузова», добавил Пэйтанкэр. «Мы выдвигаем гипотезу, что это было бы механически выгодно для эволюционного появления плавающих позвоночных животных».Кроме того, разновидности должны быть эластичными к небольшим изменениям в физических характеристиках от одного поколения к следующему. Исследователи подтвердили, что способность плавать, в то время как зависящий от механических параметров, не чувствительна к незначительным изменениям поколений; пока жесткость кузова выше определенной стоимости, способность плавать быстро нечувствительна к ценности жесткости, исследователи нашли.
Наконец, устанавливая связь с нервным контролем движения, исследователи проанализировали искривление его волнистостей, чтобы определить, был ли это результат единственного крутящего момента изгиба, или если точный изгиб закручивает, были необходимы в каждом пункте вдоль его тела. Они узнали, что простой образец движения дает начало сложно выглядящей деформации.«Это предполагает, что животному не нужен точный контроль его движений», сказал Пэйтанкэр.Чтобы сделать эти определения, исследователи применили общее понятие физики, известное как «весенний массовый увлажнитель» – модель, относился ко всему от автомобильной приостановки до Slinkies, который определяет движение в системах, которые теряют энергию – телу рыбы.
Этот новый подход впервые объединил понятие активного и пассивного плавания – плавающий, в котором принуждение происходит из (активной) рыбы или от окружающей (пассивной) воды – вычисляя условия, необходимые для рыбы, чтобы плавать и активно и пассивно.