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.

ДРУГИЕ СТАТЬИ
04.09.2026
Подростки ищут поддержку у ИИ-чатботов — как обеспечить их безопасность Два часа ночи. Девочка-подросток не спит, переживая из-за ссоры с другом. Вместо того чтобы разбудить родителей, она берёт телефон, открывает приложение с ИИ и пишет: «Я так переживаю, не могу уснуть». Ответ приходит мгновенно: «Мне жаль, что ты через это проходишь. Хочешь рассказать, что тебя беспокоит?» Разговор продолжается, и через 20 минут она успокаивается и засыпает. Поддерживающий голос, который её успокоил? Большая языковая модель — чатбот. Это гипотетический сцен
01.09.2026
Роверы для Луны должны уметь думать сами. Миссия NASA CADRE проверит, получится ли NASA планирует отправить на Луну три небольших ровера с единственной инструкцией: разберитесь между собой, как исследовать этот участок. Миссия Cooperative Autonomous Distributed Robotic Exploration (CADRE) высадится на видимой стороне Луны в рамках запуска IM-3, запланированного на конец 2026 года. Роверы проведут около двух недель, картографируя местность как самоорганизующаяся команда. Никакого джойстика, никакого одобрения каждого поворота человеком. Роверы выберут лидера среди себя, распре
27.08.2026
ИИ-агент потратил ваши деньги. Кто докажет, что вы это разрешили? Вы даёте задание ИИ-агенту: «Найди футболку дешевле $30, но не покупай». Агент находит — и оформляет заказ. Вы оспариваете списание. Продавец показывает, что заказ сделан с вашего аккаунта. Разработчик агента — что вы дали инструкцию не покупать. Платёжная система — что платёж прошёл. Каждая запись может быть точной. Но ни одна из них не связывает платёж с заданием, которое вы дали агенту. Обычный чат-бот предлагает футболку и ждёт. Агент же может использовать ваш аккаунт, связыват
25.08.2026
Увольнения ради ИИ не повышают производительность — и вот почему Руководители и инвесторы сталкиваются с растущим парадоксом: компании вкладывают в искусственный интеллект больше денег, чем когда-либо, но не видят ожидаемого роста производительности. Даже генеральные директора начинают признавать этот разрыв. Исследование Федерального резервного банка Атланты показало, что около 90% руководителей считают, что ИИ пока не повысил производительность в их компаниях. Другие данные свидетельствуют, что общий рост производительности с 2021 год
ПИШИТЕ

Техническая поддержка проекта ВсеТут

info@vsetut.pro