Исследование плавников и крыльев выявило общие закономерности движения

Хвост кита-горбача проталкивает тело гигантского животного сквозь воду, так же как крыло дрозофилы отправляет тело крохотного насекомого сквозь воздух

(фото Gareth Jenkins/Flickr).

В ходе исследования, по результатам которого инженеры хотят создать наилучшего подражающего природе робота-медузу, учёные пришли к неожиданному выводу. Они обнаружили, что движения кончиков крыльев птиц, плавников и хвостов млекопитающих и рыб, краёв купола медуз и боковых поверхностей тела камбалы, а также ножек моллюсков происходят согласно универсальному принципу.

Первое исследование проводила команда профессора Джона Костелло (John Costello) из Лаборатории морской биологии в Вудс-Холе, штат Массачусетс, США.

Учёные изучили 59 видеороликов с различными животными (от дрозофил до летучих мышей, от моллюсков до китов-горбачей), когда они двигались стационарно сквозь воду или воздух. Оказалось, что те части их тел, что отвечают за перемещение в пространстве, сгибаются на концах похожим образом. Отметим, что стационарное движение отличается от резкого ускорения или торможения тем, что животные выполняют движения циклично на протяжении длительного времени.

Несмотря на то, что представители фауны были самые разные, биологи наблюдали одни и те же характеристики движения.

"Мы хотели понять, какое количество животных используют гибкие края или кончики, так как знали: если закрепить на краях купола медузы пассивные гибкие полоски силикона, она станет проталкивать себя сквозь воду гораздо эффективнее. Мы хотели понять, как и почему гибкость увеличивает тягу. Затем мы планировали использовать полученные знания в дизайне для улучшения тяги", — рассказывает Костелло.

Биологи обратились к природе неспроста: миллионы лет животные эволюционировали, чтобы сделать все системы организмов максимально эффективными. "Кинематика оказалась важнее свойств материалов, перьев или чешуек. Открытие этих универсальных характеристик движения переориентировала наш поиск", — добавляет профессор.

Вторая работа также проводилась под руководством профессора Костелло, но в колледже Провиденса в штате Род-Айленд, США.

Учёные установили, что у многих видов животных расстояние от точки, где начинается сгиб, до основания крыла составляет примерно две трети длины крыла, а максимальный угол сгиба располагается в промежутке между 15° и 38°.

Анатомия и физиология тел, а также материалы отличаются, однако закон движения един. "Относительно тонкое крыло насекомого изменяет свою форму при полёте таким же образом, как и сильный, толстый хвост косатки при плавании", — добавляет доктор Грэхем Тэйлор (Graham Taylor) из Оксфорда, также изучающий полёты птиц.

Статьи исследователей вышли в журналах Nature Communications и PLOS One.