Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Пингвины – одни из самых интригующих птиц в животном мире. Хотя на суше они могут показаться неуклюжими, это замечательные пловцы. Их замечательная способность маневрировать под водой озадачивала биологов на протяжении десятилетий, а первые гидродинамические исследования их плавания относятся к 1970-м годам. Несмотря на несколько исследований, проливших свет на некоторые физические аспекты ловкости пингвинов, большинство из них было посвящено плаванию вперед, а не поворотам.

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Понимание того, как пингвины поворачиваются под водой, представляет большой интерес как с биологической, так и с инженерной точки зрения. В отличие от птиц в полете, среда, в которой плавают пингвины, в 800 раз плотнее, поэтому механизмы, которые они используют для поворота, скорее всего, другие. Чтобы восполнить этот пробел в знаниях, ученые из Токийского технологического института недавно провели исследование, чтобы лучше понять трехмерную кинематику и гидродинамические силы, которые позволяют пингвинам поворачивать под водой.

Запись плавания пингвинов-генту

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Исследователи записали два сеанса свободного плавания пингвинов-генту (Pygoscelis papua) в большом резервуаре с водой в Аквариуме пингвинов Нагасаки в Японии. Они использовали дюжину или более подводных камер для съемки плавания пингвинов. Используя метод прямого линейного 3D-преобразования, они смогли объединить данные со всех камер и провести детальный 3D-анализ движения, отслеживая различные точки на теле и крыльях пингвинов.

Создание математической 3D-модели тела пингвинов

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Вооружившись этими данными, исследователи создали математическую 3D-модель тела пингвинов. Эта модель охватывала ориентацию и углы наклона тела, различные положения и движения крыльев во время каждого гребка, соответствующие кинематические параметры и гидродинамические силы, а также различные показатели поворота. Проведя статистический анализ и сравнив результаты с экспериментальными данными, исследователи смогли подтвердить свою модель и получить представление о роли крыльев и других движений тела во время поворота.

Роль центростремительной силы в поворотах пингвинов

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Основные результаты исследования были связаны с тем, как пингвины генерируют центростремительную силу, помогающую им поворачивать. Они делают это, в частности, поддерживая внешнее положение, то есть наклоняют свое тело так, чтобы живот был обращен внутрь. В поворотах, при которых пингвин машет крыльями, большинство изменений направления происходит во время движения вверх, а тяга вперед – во время движения вниз. Оказалось, что пингвины асимметрично машут крыльями во время поворотов. Крыло с внутренней стороны поворота становится более приподнятым во время движения вверх, чем другое крыло, способствуя созданию центростремительной силы. Во время последующего движения вниз внутреннее крыло создает тягу и противодействующий рыскающий момент для торможения поворота.

Понимание водной доблести пингвинов

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Эти результаты еще на один шаг приблизили нас к пониманию того, как пингвины поворачиваются во время плавания, но многое еще предстоит узнать. Механизмы, лежащие в основе других маневров пингвинов, таких как быстрое ускорение, наклоны вверх и вниз и выпрыгивание из воды, пока неизвестны. Для полной расшифровки сложных механизмов, лежащих в основе водной ловкости пингвинов, потребуются дальнейшие исследования.

Расшифровка механизмов, лежащих в основе подводных маневров пингвинов

Хочется отметить, что недавнее исследование, проведенное Токийским технологическим институтом, дает ценное представление о механизмах, лежащих в основе подводного поворота пингвинов. Создав математическую 3D-модель тела и проанализировав роль центростремительной силы и асимметрии крыльев, исследователи внесли свой вклад в лучшее понимание того, как пингвины достигают своей замечательной маневренности под водой. Тем не менее, еще многое предстоит узнать о том.


Похожие темы




Интересное в разделе «Домашние питомцы и другие животные»

Новое на сайте