Forscher haben herausgefunden, was den Hai fast unmöglich zu überwiegen macht. Durch die Verwendung einer technischen Bildgebungstechnik haben Forscher entdeckt, dass der Schwanz eines Hais, wenn er von einer Seite zur anderen schwingt, doppelt so viele Wasserstrahlen erzeugt wie die Schwänze anderer Fische, wodurch der Schub geglättet und das Schwimmen wahrscheinlich effizienter wird. Haie tun dies, indem sie den Schwanzmittelschwung versteifen, eine Strategie, die eines Tages auf Unterwasserfahrzeuge angewendet werden könnte, um ihre Leistung zu verbessern.,
„Die Autoren haben ein überzeugendes Argument dafür angeführt, dass Muskeln in der Flosse die Form und möglicherweise die Textur der Flosse verändern, um den Fluss zu verändern“, sagt Frank Fish, Biomechaniker an der West Chester University in Pennsylvania.
Damit sich Fische vorwärts bewegen können, müssen sie Wasser rückwärts schieben. Und Haie haben eine zusätzliche Belastung: Sie sinken, wenn sie aufhören zu schwimmen, also müssen sie in ständiger Bewegung sein. Um einen Auftrieb zu erzeugen, um das Mittelwasser zu halten, erstreckt sich die Oberseite des Schwanzes weiter nach hinten als die Unterseite und erzeugt eine Neigung entlang der Hinterkante., Die meisten anderen Fische haben Schwänze, die von oben nach unten im Wesentlichen symmetrisch sind.
Brooke Flammang, Biomechanikerin der Harvard University, ist neugierig, wie der Haifischschwanz funktioniert, und untersucht seine Struktur und Funktion. Im Jahr 2005 entdeckte sie einen Schwanzmuskel, der sich zu besonderen Zeiten beim Hin-und Herschwingen des Schwanzes zu aktivieren schien. Um die Rolle des Muskels zu verstehen, beschloss sie, detailliert zu verfolgen, wie der Hai Wasser nach hinten drückt.
Dazu setzen Forscher typischerweise viele kleine Partikel in das Wasser. Wenn der Schwanz schwingt, bewegt sich das Wasser und zieht die Partikel entlang., Die Partikel reflektieren Licht von blinkenden Lasern, so dass sie mit Hochgeschwindigkeitskameras verfolgt werden können. Ein Computerprogramm verwendet die Bilder, um Bilder des Wasserflusses zu erzeugen. Die Wasserstrahlen sind schwer zu sehen, aber diese Strahlen erzeugen Ringe oder Wasserwirbel, die Rauchringen ähneln und leicht erkannt werden können.
Typischerweise verwendet diese Bildgebungstechnik zwei Kameras, um die Partikel in horizontaler und vertikaler Richtung zu verfolgen, und basierend auf diesen Daten schätzen Forscher, wie sich die Partikel entlang der dritten Dimension, Tiefe, bewegen., Aber Flammang wollte direkt sehen, wie sich Partikel in drei Dimensionen bewegten. So adaptierte sie ein fortschrittlicheres Bildgebungssystem, eines mit drei Kameras, das bisher nur zur Untersuchung des Wasserflusses verwendet wurde, der von Zylindern mit Kolben ausgeht, die die Kraft erzeugen. „Ingenieure verwenden diese Technik seit Jahren, aber ihre Anwendung ist neu in der Biologie“, bemerkt Fish.
Flammang und ihre Kollegen testeten zwei stachelige Hundefische und zwei Kettenhundfische, indem sie sie in einen Wassertank mit konstantem Wasserfluss steckten, so dass die Haie an Ort und Stelle schwammen., Sie schaute auch auf den Wasserfluss, der von einem Hai – „Roboter“ kam, der einen flexiblen Plastikschwanz hatte. (Für mehr, siehe diese Videos von einem stacheligen Dogfish Schwimmen und eine Roboterflosse.) Die meisten Fische erzeugen am Ende jedes Schwanzschlags einen Ring aus Wasser. Der Schwanz drückt das Wasser, während es sich zur Seite bewegt, und lässt das Wasser wegwirbeln, während es anhält, um die Richtung zu ändern. Es wurde angenommen, dass Haie zu diesem Zeitpunkt zwei Ringe produzieren, einen kleinen und einen großen aufgrund der Form des Schwanzes, und das passiert mit dem Roboterschwanz.,
Aber in Wirklichkeit dreht sich der Schwanz eines Hais vom zweiten Ring nach rechts, als er die Mittellinie des Tieres erreicht, berichten Flammang und ihre Kollegen in der 22-Dezember-Ausgabe der Proceedings of the Royal Society B. Dieser Ring ist größer und verbindet sich mit dem Ring, der am Ende des Schwanzschlags erzeugt wird. „Das ist ein großer Vorteil“, sagt Flammang. Anstatt nur einen Stoß zu bekommen, wenn der Schwanz das Ausmaß seiner Biegung erreicht, hat der Hai einen Schub im Mittelschwung hinzugefügt. „Es kann sein, dass das Tier fast kontinuierlichen Schub erzeugen kann.,“Flammang denkt, dass der Hai den Muskel benutzt, den er charakterisiert hat, um den Schwanzmitteschwung zu versteifen, seine Form leicht zu ändern, um den zusätzlichen Wirbel abzuwerfen.
“ Der Hai hat einen weiteren Grad an Raffinesse “ bei der Erzeugung von Schub, sagt Michael Triantafyllou, Ozeaningenieur am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge. „Solche Beobachtungen können zu besseren Designs führen „für Unterwasserfahrzeuge, stellt er fest, obwohl er warnt, dass das Entwerfen von formverschiebenden Komponenten“ die Dinge zu komplizieren scheint.,“Ich möchte ein voll funktionsfähiges Haifischschwanzmodell bauen, das die Steifigkeit erhöhen kann.”