Профессор инженерной школы Корнеллского университета Роб Шеперд поставил задачу создать крупного бесшумного подводного робота, который мог бы следить за состоянием океана, не пугая морских обитателей. В качестве образца он выбрал редкую глубоководную рыбу — сельдяного короля, известного своей необычной механикой плавания.
Чтобы создать малозаметную платформу для мониторинга океана по заказу Управления военно-морских исследований США, профессору Шеперду требовалась двигательная система, которая не отпугивала бы морских животных. Вдохновение он нашел в загадочном сельдяном короле — лентовидной рыбе, способной вырастать почти до восьми метров в длину и получившей прозвище «рыба Судного дня».
Большинство длиннотелых морских животных плавает подобно угрям, изгибая все тело. Сельдяной король, напротив, сохраняет туловище практически неподвижным. Он использует расположенный вдоль спины длинный спинной плавник, непрерывными волнами которого может бесшумно двигаться как вперед, так и назад.
Чтобы разобраться, каким образом рыба добивается такого результата, Шеперд объединился с бывшим ихтиологом Корнеллского университета Уилли Бемисом. Изучать неповрежденного сельдяного короля чрезвычайно сложно: после смерти его тело обычно распадается на хрупкие фрагменты. Поэтому исследователи использовали компьютерную томографию, рентгеновские снимки из Смитсоновского института и подробные анатомические исследования. Это позволило им разобраться в механике длинного спинного плавника рыбы.
Ученые обнаружили удивительный природный механизм, скрытый под кожей рыбы. Сотни отдельных костеподобных лучей плавника соединены со специализированными шаровидными суставами и работают словно миниатюрные «джойстики», расположенные вдоль всей спины. Каждый луч приводится в движение отдельным комплексом мышц и хрящей, благодаря чему каждый сегмент может вращаться во всех направлениях. Соединительная мембрана способна одновременно передавать волны движения в противоположных направлениях. Благодаря такой конструкции сельдяной король получает исключительно точный контроль над движением. Он может практически мгновенно менять скорость и направление, при этом не изгибая тело.
Плавание с помощью лентовидного плавника независимо возникало у костных рыб примерно десять раз в ходе эволюции. Однако это первое исследование, в котором у данного вида удалось документально подтвердить наличие вращающихся, напоминающих джойстики лучей плавника.
Теперь инженеры пытаются перенести этот природный механизм в робототехнику. Воспроизводя плавное управление движением сельдяного короля, команда Шеперда намерена создать крупных бесшумных роботов-наблюдателей, способных изучать уязвимые морские экосистемы, не тревожа обитающих в них животных.
Автор: Мария Чеботарь