Udstående øjne, mund gør rokker mere hydrodynamisk effektive

Med deres komprimerede kroppe og fleksible brystfinner, stingrays udviklede sig til at være blandt naturens mest effektive svømmere. Forskere har længe undret sig over den rolle, som deres fremspringende øjne og mund spiller, som man kunne forvente at være hydrodynamiske ulemper.

I Væskers fysik , Kinesiske og sydkoreanske forskere beskriver, hvordan sådanne funktioner på simulerede rokker påvirker en række kræfter, der er involveret i fremdrift, såsom tryk og hvirvel. På trods af hvad man kunne forvente, gruppen fandt disse fremspringende funktioner til at strømline stingrays endnu mere.

"Indflydelsen fra 3D-fremspringende øjne og mund på en selvkørende fleksibel stingray og dens underliggende hydrodynamiske mekanisme er endnu ikke fuldt ud forstået, "sagde forfatteren Hyung Jin Sung, fra Korea Advanced Institute of Science and Technology. "I den nuværende undersøgelse, den hydrodynamiske fordel ved udstående øjne og mund blev undersøgt for første gang, afslører den hydrodynamiske rolle, der stikker ud af øjne og mund. "

For at illustrere det komplekse samspil mellem hydrodynamiske kræfter, forskerne gik i gang med at skabe en computermodel af en selvkørende fleksibel plade. De "spændte" den forreste ende af modellen og tvang den derefter til at efterligne de op-og-ned-harmoniske svingninger, som rokker bruger til at drive sig selv.

For at genskabe effekten af ​​øjne og mund på det omgivende vand, teamet simulerede flere stive plader på modellen. De sammenlignede denne model med en uden øjne og mund ved hjælp af en teknik kaldet straffe nedsænket grænsemetode.

"Det er vanskeligt at styre tilfældige fiskesvømninger og isolere det ønskede målformål fra mange faktorer, "Sung sagde." For at overvinde disse begrænsninger, metoden med nedsænket straf blev vedtaget for at finde de hydrodynamiske fordele ved de fremspringende øjne og mund. "

Gruppen opdagede, at øjne og mund genererede en hvirvelstrøm i fremad-bagud, hvilket øgede undertrykket ved det simulerede dyrs front, og en hvirvel fra side til side, der øgede trykforskellen mellem over og under rokken. Resultatet var øget tryk og accelereret sejlads.

Yderligere analyse viste, at øjne og mund øgede den samlede fremdriftseffektivitet med mere end 20,5% og 10,6%, henholdsvis.

Sung og hans team håber deres arbejde, drevet af nysgerrighed, vækker yderligere interesse for at udforske flydende fænomener i naturen. De søger at finde måder at tilpasse dette til næste generations vandkøretøjsdesign baseret nærmere på havdyr.