Как студенистые морские существа могут повлиять на современную робототехнику

Ученые из Университета Орегона обнаружили, что колонии желатинистых морских животных — сальп — плавают в океане, формируя гигантские штопорообразные формы, используя скоординированный реактивный двигатель. Этот необычный способ передвижения может вдохновить на создание новых конструкций эффективных подводных аппаратов.

Исследование сосредоточено на сальпах — мелких существах, похожих на медуз, которые каждую ночь совершают миграцию из глубин океана к поверхности. Наблюдение за этой миграцией с помощью специальных камер позволило ученым зафиксировать грациозное скоординированное поведение макропланктона.

"Крупнейшая миграция на планете происходит каждую ночь: вертикальная миграция планктонных организмов из глубокого моря к поверхности", — сказала Келли Сазерленд, доцент биологии в Орегонском институте морской биологии. — "Они ежедневно пробегают марафон, используя новую механику жидкости. Эти организмы могут стать платформой для вдохновения при создании роботов, эффективно перемещающихся в глубинах моря".

Результаты исследования были опубликованы 15 мая в журнале Science Advances.

Хотя сальпы внешне похожи на медуз, это бочкообразные, водянистые макропланктонные организмы, более тесно связанные с позвоночными, такими как рыбы и люди. Они могут жить как одиночно, так и в колониях, состоящих из сотен особей, соединенных в цепи длиной до нескольких метров.

Самое уникальное в этих существах — их техника плавания. Исследователи, работая у побережья Каилуа-Кона (Гавайи), разработали специализированные 3D-камеры для подводных наблюдений. Они заметили два режима плавания:

• Более короткие колонии вращались вокруг оси, как спиральный мяч.
• Более длинные цепи изгибались и скручивались, как штопор. Это называется спиральным (винтовым) плаванием.

Хотя спиральное плавание не ново в биологии (многие микроорганизмы используют его), механизм движения сальп отличается. Сальпы плавают за счет реактивного движения: у них есть сокращающиеся мышечные ленты, которые закачивают воду с одной стороны тела и выбрасывают ее с другой, создавая тягу.

Исследователи также заметили, что отдельные "реактивные двигатели" в колонии сокращаются в разное время, что позволяет всей колонии двигаться плавно и без остановок. Струи воды также были наклонены, что способствовало вращению и спиральному движению.

"Моя первоначальная реакция была изумлением и благоговением. Я бы описала их движение как змееподобное и грациозное", — сказала Сазерленд.

Существующие микророботы уже вдохновлены микроорганизмами, но это открытие прокладывает путь для инженеров к созданию более крупных подводных аппаратов. Роботы, смоделированные по образцу этих эффективных пловцов, могут быть бесшумными и создавать меньше турбулентности. Конструкция с несколькими реактивными двигателями также может быть энергетически выгодной для экономии топлива.

Это исследование поднимает больше вопросов, чем дает ответов, и может показать, что спиральное плавание распространено шире, чем считалось ранее.