Искусственная акулья кожа повышает эффективность плавания
Учёные из Гарвардского университета впервые создали реалистичную имитацию кожи акулы и измерили, что её острые чешуйки (дентикулы) увеличивают скорость плавания до 6.6%, одновременно снижая энергозатраты.
Кожа акулы покрыта миллионами микроскопических перекрывающихся зубчатых чешуек, которые нарушают плавное обтекание водой, снижая сопротивление. Чтобы понять механизм этого преимущества, команда под руководством Джорджа Лодер создала её искусственный аналог.
Создание искусственной кожи
- Исследователи отсканировали образец кожи акулы-мако.
- Смоделировали одну характерную чешуйку, а затем воспроизвели её тысячи раз в компьютерной модели кожи.
- Используя 3D-принтер и метод многоматериальной печати, создали гибкую мембрану с закреплёнными на ней жёсткими дентикулами. На решение технических задач ушёл год.
Результаты испытаний
Искусственную кожу закрепили на гибкой пластине и испытали в потоке воды:
- В неподвижном состоянии: при низких скоростях потока кожа снижала сопротивление на 8.7%, но при высокой скорости (~0.6 м·с⁻¹) сопротивление, наоборот, возрастало на 15%.
- В движении (имитация плавания): при колебаниях
пластины с амплитудой 1 см и частотой 1.5
Гц производительность кожи значительно улучшилась:
- Скорость «плавания» увеличилась на 6.6%.
- Энергозатраты снизились на 5.9%.
«Это первое измерение энергетической стоимости акульей кожи и снижения затрат на плавание по сравнению с гладкой поверхностью», — отмечает Джордж Лодер.
Ключом к успеху стало сочетание жёстких дентикул на гибкой основе, что позволяет коже изгибаться, как настоящей. В будущем учёные планируют изучить, как на производительность влияет расположение чешуек. Однако, по словам Лодера, купальные костюмы из такого материала появятся не скоро из-за огромных сложностей в производстве.
Исследование опубликовано в The Journal of Experimental Biology.