Операция выполнена!
Закрыть
Рыбьи плавники открывают нам секрет гибких роботов и новых материалов, изменяющих форму
01.06.2023 | Наука | Владимир Видаль | | |

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
13.09.2023
Уотсон и Крик, Шредингер и Эйнштейн - все они совершили теоретические открытия, изменившие мировое представление о науке.

Сегодня большие, судьбоносные идеи встречаются все реже. Движущей силой современных научных исследований и открытий являются новые и усовершенствованные методы. Они позволяют ученым проводить эксперименты быстрее, чем раньше, и проливают свет на области науки, скрытые от наших предшественников.

Три новейшие технологии - инструмент редактирования генов CRISPR, флуоресцентные белки и оптогенетика - были вдохновлены природой. Биомолекулярные инструменты, которые миллионы лет работали на бактериях, медузах и водорослях, теперь используются в медицине и биологических исследованиях. Прямо или косвенно они изменят жизнь обычных людей.
25.08.2023
Все любят хорошие истории, особенно если они основаны на реальных событиях.

Вспомним греческую легенду о Титаномахии, в которой боги-олимпийцы во главе с Зевсом побеждают предыдущее поколение бессмертных - титанов. В пересказе греческого поэта Гесиода этот конфликт выглядит захватывающе, и, возможно, в нем сохранились зерна истины.

Извержение вулкана Тера, произошедшее около 1650 г. до н.э., могло вдохновить Гесиода. Более мощный, чем Кракатау, этот древний катаклизм в южной части Эгейского моря мог наблюдать каждый, кто жил в радиусе сотен километров от места взрыва.
07.08.2023
В высокогорных районах мира жизнь требует льда. От Скалистых гор до Гималаев ледники и другие скопления снега и льда сохраняются в течение всего года. Часто расположенные на затененных склонах, защищенных от солнца, эти ледяные пятна превращают бесплодные вершины в биологические "горячие точки".

Археологи ценят эти снежные и ледяные пятна за то, что они позволяют заглянуть в прошлое сквозь туман альпийской предыстории. Когда люди теряют предметы во льду, ледяные пятна действуют как естественные морозильные камеры. В течение тысячелетий они могут хранить снимки культуры, повседневной жизни, технологий и поведения людей, создавших эти артефакты.

Застывшее наследие тает от горных льдов во всех полушариях. Небольшие группы археологов пытаются найти средства и кадры, необходимые для идентификации, восстановления и изучения этих объектов, пока они не исчезли.

Группа ученых из Университета Колорадо, Национального музея Монголии и партнеров со всего мира работают над выявлением, анализом и сохранением древних материалов, появляющихся изо льда в травянистых степях Монголии, где подобные открытия оказывают огромное влияние на понимание учеными прошлого.
17.07.2023
Метавселенная - это сеть постоянно действующих виртуальных сред, в которых множество людей могут взаимодействовать друг с другом и цифровыми объектами, управляя при этом виртуальными представлениями - аватарами - самих себя. Представьте себе сочетание иммерсивной виртуальной реальности, массовой многопользовательской онлайновой ролевой игры и Интернета.

Метавселенная - это концепция из научной фантастики, которую многие представители технологической индустрии представляют себе как преемницу современного Интернета. На данный момент это всего лишь концепция, но технологические компании стремятся сделать ее основой для многих видов деятельности в Интернете, включая работу, игры, учебу и покупки.

Метавселенная - это слово, образованное от слов meta, что означает "трансцендентный", и verse, что означает "вселенная". Научно-фантастический писатель Нил Стивенсон ввел этот термин в своем романе 1992 года "Snow Crash" для описания виртуального мира, в котором главный герой Хиро Протагонист общается, делает покупки и побеждает врагов в реальном мире с помощью своего аватара. Концепция появилась еще до "Snow Crash" и была популяризирована как "киберпространство" в новаторском романе Уильяма Гибсона "Нейромант" 1984 года.

Существуют три ключевых аспекта метавселенной: присутствие, взаимодействие и стандартизация.

Присутствие - это ощущение реального присутствия в виртуальном пространстве вместе с другими виртуальными людьми. Десятилетия исследований показали, что такое ощущение присутствия повышает качество интерактивного взаимодействия. Ощущение присутствия достигается с помощью технологий виртуальной реальности, таких как дисплеи, устанавливаемые на голову.

Интероперабельность означает возможность беспрепятственного перемещения между виртуальными пространствами с использованием одних и тех же виртуальных активов, таких как аватары и цифровые предметы. ReadyPlayerMe позволяет людям создавать аватар, который они могут использовать в сотнях различных виртуальных миров, в том числе на совещаниях Zoom с помощью таких приложений, как Animaze. В то же время технологии блокчейн, такие как криптовалюты и нефункционирующие токены, облегчают передачу цифровых товаров через виртуальные границы.

Стандартизация позволяет обеспечить совместимость платформ и сервисов в метавселенной. Как и для всех технологий массовых коммуникаций - от печатного станка до текстовых сообщений - для широкого распространения необходимы единые технологические стандарты. Эти стандарты определяются международными организациями, такими как Open Metaverse Interoperability Group.
ПИШИТЕ

Техническая поддержка проекта ВсеТут

Telegram

info@vsetut.pro