Vanddyr, der hopper ud af vandet, inspirerer til springende robotter

Har du nogensinde set vanddyr hoppe ud af vandet og spekulerer på, hvordan de formår at gøre det på en så strømlinet og yndefuld måde? En gruppe forskere, der specialiserer sig i vandindgang og -udgang i naturen, havde det samme spørgsmål og undersøger de specifikke fysiske forhold, der kræves for, at dyr kan springe ud af vandet med succes.

Under American Physical Society's Division of Fluid Dynamics 71. årlige møde, som finder sted 18.-20. november i Georgia World Congress Center i Atlanta, Georgien, Sunghwan Jung, lektor i biologi og miljøteknik ved Cornell University, og en af ​​hans elever, Brian Chang, vil præsentere deres arbejde med at designe et robotsystem inspireret af hoppende copepoder (små krebsdyr) og frøer for at belyse nogle af væskedynamikken i spil, når vanddyr hopper.

"Vi indsamlede data om vanddyr i forskellige størrelser - fra cirka 1 millimeter til titalls meter - der hoppede ud af vandet, og kunne afsløre, hvordan deres maksimale springhøjder er relateret til deres kropsstørrelse, "sagde Jung.

I naturen, dyr bevæger sig ofte ind og ud af vand til forskellige formål - herunder rovdyr, der slipper ud, fanger bytte, eller kommunikerer. "Men da vand er 1, 000 gange tættere end luft, at komme ind eller ud af vand kræver en stor indsats, så vanddyr står over for mekaniske udfordringer, "Sagde Jung.

Som et objekt - som en delfin eller en copepod - hopper gennem vand, masse tilsættes til den - en mængde, der kaldes "medtaget vandmasse". Denne medfølgende vandmasse er inkorporeret og bliver fejet med i strømmen fra vanddyrs kroppe. Gruppen opdagede, at medbragt vandmasse er vigtig, fordi den begrænser dyrenes maksimale springhøjde.

"Vi forsøger at forstå, hvordan biologiske systemer smart kan finde ud af og overvinde disse udfordringer for at maksimere deres ydeevne, som også kan belyse ingeniørsystemer til at komme ind eller ud af luft-vand-grænseflader, "Sagde Jung.

De fleste vanddyr er strømlinede, begrænsning af medbragt vandmasses virkning, så vand glider let af deres kroppe. "Derfor er de så gode springere, "sagde Jung." Men da vi lavede og testede et robotsystem, der ligner hoppende dyr, det hoppede ikke så meget som dyr. Hvorfor? Vores robot er ikke så strømlinet og bærer meget vand med sig. Forestil dig at komme ud af en swimmingpool med en våd pels - du er muligvis ikke i stand til at gå på grund af vandets vægt. "

Gruppens robot har et enkelt design, der ligner et dørhængsel med et gummibånd. Et gummibånd er viklet omkring et 3D-trykt dørhængsels ydre omkreds, mens en lille ledning, der holder dørhængslet, gør det muligt at vende tilbage, når væske skubbes nedad. "Denne robot viser vigtigheden af ​​indblandet vand, mens en genstand springer ud af vandet, " han sagde.

Næste op, gruppen vil ændre og fremme deres robotsystem, så det kan springe ud af vandet i højere højder, der ligner dem, der nås af dyr som copepods eller frøer. "Dette system kan derefter muligvis bruges til overvågning nær vandbassiner, "sagde Jung.