Инженеры Корнеллского университета обнаружили у гигантского сельдяного короля необычный способ передвижения, который планируют использовать в больших подводных роботах для наблюдения. Сотни лучей спинного плавника вращаются почти независимо, позволяя рыбе двигаться вперёд и назад без изгибов тела. Это интересует разработчиков морских аппаратов, так как обычные винты создают шум и распугивают животных.
Исследование опубликовано 30 сентября в журнале Ichthyology & Herpetology. Команда изучала сельдяных королей семейства Regalecidae — глубоководных рыб длиной примерно до 8 метров, самых длинных современных костных рыб.
Для робототехника Роберта Шеперда интерес представлял способ плавания. Большинство длинных рыб движутся волнообразно, как угри. Сельдяной король держит корпус почти неподвижным и передвигается за счёт длинного спинного плавника.
Шеперд искал такой механизм для аппарата в рамках проекта, поддержанного Управлением военно-морских исследований США. Платформа должна нести научные приборы и долго наблюдать за океаном, не создавая шума винтов и не меняя поведение окружающих рыб.
Разобраться в механике оказалось сложно. Тела сельдяных королей после смерти часто распадаются, поэтому целые экземпляры редки. Исследователи использовали препарирование, рентгеновские снимки, компьютерную томографию и видеозаписи движения плавников.
Под кожей оказалась система из сотен костеподобных лучей. Каждый луч соединён с плавниковой мембраной, хрящами и мышцами, а у основания находится шаровой сустав. Это позволяет отдельному лучу вращаться независимо от соседних.
Спинной плавник работает не как единая гибкая пластина. Рыба быстро меняет направление в разных участках — одна часть гонит волну к хвосту, соседняя создаёт волну в противоположную сторону. Сельдяной король получает точный контроль над тягой и меняет направление, почти не двигая корпусом.
Учёные называют это ribbon-fin swimming — плаванием с помощью ленточного плавника. Похожая схема независимо возникала у костных рыб примерно десять раз, но авторы считают свою работу первым подробным описанием вращающихся лучей сельдяного короля. Исследователям ещё предстоит выяснить, используют ли эту механику другие ленточнопёрые рыбы.
Для биоинспирированной робототехники такая конструкция полезна. Инженерам не обязательно копировать всю рыбу. Достаточно воспроизвести систему управляемых сегментов плавника, чтобы создать движитель без винта. Такой аппарат сможет менять тягу плавно, двигаться в обе стороны и маневрировать с меньшим воздействием на окружающую среду.
Пока речь идёт только о биологической основе будущей конструкции. Корнеллский университет не сообщал о создании полноразмерного аппарата, его скорости или реальных измерениях уровня шума. Исследователи выяснили, как устроен природный движитель, инженерную реализацию ещё предстоит построить и испытать.
Сельдяного короля часто называют «рыбой Судного дня» — по историям о якобы появляющихся перед землетрясениями глубоководных рыбах. Научных подтверждений такая репутация не имеет. В исследовании 2019 года учёные сопоставили 336 появлений глубоководных рыб в Японии с 221 землетрясением и нашли один случай, потенциально связанный. Статистически убедительной связи между явлениями нет.
Реальная способность рыбы оказалась интереснее легенды. Сотни независимо управляемых элементов спинного плавника образуют природный движитель, сочетающий тишину и точное управление. Если инженеры воспроизведут эту механику в крупном аппарате, морские роботы будущего начнут напоминать самих обитателей океана, а не маленькие торпеды с винтами.
