forskare har upptäckt vad som gör hajen nästan omöjlig att överträffa. Genom att använda en teknik imaging teknik, forskare har upptäckt att som en haj svans svänger från sida till sida, det skapar dubbelt så många vattenstrålar som andra fiskar svansar, utjämning ut dragkraft och sannolikt gör simning effektivare. Hajar gör detta genom att förstyva svansen midswing, en strategi som en dag kan tillämpas på undervattensfordon för att förbättra deras prestanda.,
”författarna har gjort ett övertygande argument att musklerna i finen ändrar formen och eventuellt finens struktur för att ändra flödet” under hela slagcykeln, säger Frank Fish, en biomekanist vid West Chester University i Pennsylvania.
för att fisk ska kunna gå framåt måste de trycka vatten bakåt. Och hajar har en extra börda: de sjunker när de slutar simma, så de måste vara i ständig rörelse. För att generera lyft för att hålla mittvatten, sträcker sig toppen av svansen längre tillbaka än botten, vilket skapar en vinkling längs bakkanten., De flesta andra fiskar har svansar som är väsentligen symmetriska från topp till botten.
nyfiken på hur shark tail fungerar, Harvard University biomekanist Brooke Flammang har undersökt dess struktur och funktion. I 2005 upptäckte hon en svansmuskel som tycktes aktivera vid speciella tider under svansens sving fram och tillbaka. För att förstå muskelens Roll bestämde hon sig för att spåra i detalj hur hajen skjuter vatten bakåt.
för att göra detta lägger forskare vanligtvis många små partiklar i vattnet. När svansen svänger rör sig vattnet och drar partiklarna längs., Partiklarna reflekterar ljus från blinkande lasrar, så att de kan spåras med hjälp av höghastighetskameror. Ett datorprogram använder bilderna för att generera bilder av vattenflödet. Vattenstrålarna är svåra att se, men dessa strålar skapar ringar eller virvlar av vatten som liknar rökringar och kan lätt upptäckas.
typiskt använder denna bildteknik två kameror för att spåra partiklarna i horisontella och vertikala riktningar, och baserat på dessa data uppskattar forskare hur partiklarna rör sig längs den tredje dimensionen, djupet., Men Flammang ville se direkt hur partiklar rörde sig i tre dimensioner. Så hon anpassade ett mer avancerat bildsystem, ett som använder tre kameror, som hittills bara hade använts för att studera vattenflödet som kommer från cylindrar med kolvar som genererar kraften. ”Ingenjörer har använt denna teknik i flera år, men dess tillämpning är ny på biologi”, noterar fisk.
Flammang och hennes kollegor testade två spiny dogfish och två kedja dogfish genom att sätta dem i en vattentank med ett konstant vattenflöde så att hajarna simmade på plats., Hon tittade också på vattenflödet som kom från en haj ”robot” som hade en flexibel plast svans. (För mer, se dessa filmer av en taggig dogfish simning och en robotic fin.) De flesta fiskar skapar en ring av vatten i slutet av varje svans flick. Svansen skjuter vattnet när det rör sig åt sidan, sedan skickar vattnet snurrande bort som det stannar för att ändra riktning. Hajar troddes producera två ringar vid den tiden, en liten och en stor en på grund av formen på svansen, och det är vad som händer med den robotiska svansen.,
men i verkligheten snurrar en haj svans av den andra ringen precis när den når djurets mittlinje, rapporterar Flammang och hennes kollegor i 22 December-numret av Proceedings of the Royal Society B. Den ringen är större och ansluter till ringen som genereras i slutet av svansen flick. ”Det ger en stor fördel”, säger Flammang. I stället för att bara få ett tryck som svansen når omfattningen av sin böjning, har hajen lagt dragkraft midswing. ”Det kan tillåta djuret att producera nästan kontinuerlig dragkraft.,”Flammang tror att hajen använder muskeln hon karakteriserade för att stelna svansen mellan mitten, ändra sin form något, för att kasta bort den extra virveln.
”hajen har ytterligare en grad av sofistikering” för att generera dragkraft, säger Michael Triantafyllou, en oceaningenjör vid Massachusetts Institute of Technology i Cambridge. ”Sådana observationer kan leda till bättre mönster” för undervattensfordon, noterar han, även om han varnar för att utforma formskiftande komponenter ”verkar komplicera saker.,”Men Flammang är ogrundad:” jag skulle vilja bygga en fullt fungerande haj svans modell som kan styvheten.”