Операция выполнена!
Закрыть

Рыбьи плавники открывают нам секрет гибких роботов и новых материалов, изменяющих форму

Сегментированные шарниры в длинных тонких костях рыбьих плавников имеют решающее значение для невероятных механических свойств плавников, и эта конструкция может вдохновить на усовершенствование подводных двигательных систем, новых материалов для роботов и даже новых конструкций самолетов.

Рыбьи плавники - это не простые мембраны, которыми рыбы машут направо и налево для движения. Они, вероятно, представляют собой один из самых элегантных способов взаимодействия с водой. Плавники достаточно гибкие, чтобы принимать самые разнообразные формы, но при этом достаточно жесткие, чтобы толкать воду, не разрушаясь.

Секрет заключается в структуре: У большинства рыб есть лучи - длинные костные шипы, которые укрепляют тонкие мембраны из коллагена, из которых состоят плавники. Каждый из этих лучей состоит из двух жестких рядов маленьких костных сегментов, окружающих более мягкий внутренний слой. Биологи давно знают, что рыбы могут изменять форму своих плавников с помощью мышц и сухожилий, которые толкают или тянут основание каждого луча, но очень мало исследований было проведено именно для изучения механических преимуществ сегментированной структуры.

Для изучения механических свойств сегментированных лучей ученые использовали теоретические модели и 3D-печатные плавники, чтобы сравнить сегментированные лучи с лучами, изготовленными из несегментированного гибкого материала.

Они показали, что многочисленные мелкие костные сегменты действуют как шарнирные точки, позволяя легко сгибать два костных ряда в луче из стороны в сторону. Такая гибкость позволяет мышцам и сухожилиям у основания лучей формировать плавник с минимальными усилиями. В то же время шарнирная конструкция затрудняет деформацию луча по всей его длине. Это предотвращает разрушение плавников, когда они подвергаются давлению воды во время плавания. В 3D-печатных скатах сегментированные конструкции было в четыре раза легче деформировать, чем непрерывные, при сохранении той же жесткости.

Почему это важно

Морфинг-материалы - материалы, форму которых можно изменять, - бывают двух видов. Некоторые из них очень гибкие - например, гидрогели - но такие материалы легко разрушаются под воздействием внешних сил. Морфинг-материалы могут быть и очень жесткими - как, например, некоторые аэрокосмические композиты, - но для небольших изменений их формы требуется большая сила.

Сегментированная структура плавников рыб позволяет преодолеть этот функциональный компромисс благодаря высокой гибкости и прочности. Материалы на основе такой конструкции могут быть использованы в подводных двигателях и улучшить маневренность и скорость подводных лодок, вдохновленных рыбами. Они также могут оказаться невероятно ценными в мягкой робототехнике и позволят инструментам менять самые разнообразные формы, сохраняя при этом способность захватывать объекты с большой силой. Сегментированные лучи могут даже принести пользу аэрокосмической отрасли. Морфинг крыльев, которые могут радикально менять свою геометрию, но при этом нести большие аэродинамические силы, может произвести революцию в том, как самолеты взлетают, маневрируют и приземляются.

Что еще неизвестно

Хотя это исследование в значительной степени объясняет, как работают рыбьи плавники, механика, действующая при сгибании плавников далеко от их нормального положения, все еще остается загадкой. Коллаген имеет тенденцию становиться жестче, чем больше он деформируется, и мы подозреваем, что эта реакция жесткости - вместе с тем, как коллагеновые волокна ориентированы в плавниках рыбы - улучшает механические характеристики плавников, когда они сильно деформированы.

Что дальше

Меня восхищает биомеханика естественных рыбьих плавников, но конечная цель - разработка новых материалов и устройств, вдохновленных их механическими свойствами. В настоящее время ученые разрабатывают пробные образцы материалов, которые, как мы надеемся, убедят широкий круг инженеров в научных кругах и частном секторе в том, что конструкции, вдохновленные рыбьими плавниками, могут обеспечить улучшенные характеристики для различных применений.

Комментарии: 0
ДРУГИЕ СТАТЬИ
17.04.2026
«Будь сильным» — худший совет, который можно дать тому, кто пережил потерю Когда Мария впервые взглянула на себя в зеркало после мастэктомии, она замерла. Одна рука лежала на столешнице в ванной. Другая зависла рядом с тем местом, где раньше была грудь. Шрам был свежим и злым. Потеря — тихой, но огромной. Её тело казалось чужим. В такие моменты людям часто советуют быть устойчивыми. И это может звучать как «не показывай слабость, прорвись любой ценой». Или устойчивость представляют как возвращение к норме: каким-то образом остаться невредимым
16.04.2026
Инновации в медицине спасают жизни. Но не все инновации одинаково полезны Барьеры для инноваций в нелегальных или ограниченных рынках (каннабис, стволовые клетки, криптовалюты) обычно выше: исследователи сталкиваются с высокими издержками, ограниченным доступом к сырью и данным, жёсткими регуляциями. Каннабис — особенно запутанный случай. Федеральное правительство США до сих пор классифицирует его как вещество, «не имеющее признанного медицинского применения». При этом многие штаты легализовали его для медицинского или рекреационного
16.04.2026
Флорида растёт быстрее всех в США. Но сможет ли пантера пересечь шоссе? С 2010 по 2020 год население Флориды выросло почти на 3 миллиона человек — штат рос быстрее всех в Америке. Каждый день здесь происходят решения: окружная комиссия утверждает новый жилой комплекс, транспортное агентство выбирает маршрут для расширения шоссе, ранчеро решает, продавать ли землю под застройку. Новые районы, дороги и инфраструктура меняют не только города, но и природные системы, от которых зависит жизнь диких животных. Каждое решение локально и постепенно. Но в
15.04.2026
Новые часы будут тикать не атомами, а их ядрами — и они настолько точные, что смогут почувствовать тёмную материю Большинство часов — от наручных до систем GPS и интернета — работают, отслеживая регулярные повторяющиеся движения. Чтобы построить часы, нужно нечто, что тикает идеально повторяемо. В маятниковых часах это регулярное качание маятника. Наша команда физиков изучает, можно ли однажды построить ещё лучшие часы — из атомного ядра. Современные лучшие часы уже используют атомы для сверхточной синхронизации. Но в принципе часы на осно
ПИШИТЕ

Техническая поддержка проекта ВсеТут

info@vsetut.pro