Неуловимый морской гигант вдохновил инженеров: биологический патент изменил подход к робототехнике

Заказчику — Управлению военно-морских исследований США — требовалась малозаметная платформа для мониторинга океана, двигательная система которой не отпугивала бы морских животных. Профессор Шеперд обратился к биологическому прототипу: сельдяному королю (Regalecus glesne), лентовидной рыбе длиной почти до восьми метров.

Фото: Веб-сайт НАСА

Подводная обсерватория

В отличие от угристых рыб, изгибающих всё тело при движении, сельдяной король сохраняет туловище неподвижным. Локомоция обеспечивается длинным спинным плавником, который генерирует непрерывные волны, позволяя бесшумно передвигаться как вперёд, так и назад без изменения траектории тела.

Изучение механики этого плавника осложнялось тем, что после смерти тело рыбы распадается на хрупкие фрагменты. Команда Шеперда совместно с ихтиологом Уилли Бемисом из Корнеллского университета использовала компьютерную томографию, рентгеновские снимки из Смитсоновского института и анатомические исследования неповреждённых образцов.

Анатомический анализ выявил систему из сотен костеподобных лучей, соединённых шаровидными суставами. Каждый луч функционирует как автономный исполнительный механизм, приводимый в движение отдельным комплексом мышц и хрящей. Такая конструкция позволяет каждому сегменту плавника вращаться в нескольких плоскостях. Соединительная мембрана обеспечивает передачу волн движения в противоположных направлениях, что даёт рыбе точный контроль над скоростью и направлением без необходимости изгибать корпус.

Механизм плавания с помощью лентовидного плавника независимо эволюционировал у костных рыб около десяти раз. Однако текущее исследование впервые документально подтверждает наличие вращающихся суставов-"джойстиков" у этого конкретного вида.

Инженерная задача сейчас заключается в переносе данного принципа в робототехнику. Целью является создание крупных подводных роботов-наблюдателей, способных функционировать в уязвимых экосистемах с минимальным акустическим и физическим воздействием на обитателей. Важно различать: подтверждена анатомическая возможность такого способа движения у рыбы; прототип робота, воспроизводящий эти параметры в условиях реальной эксплуатации, ещё разрабатывается.