Удивительная кожа акул дает им дополнительный толчок

Исследователи из Гарвардского университета показали, что кожа акулы не только снижает сопротивление воды, но и генерирует тягу, давая рыбе дополнительное ускорение. Также выяснилось, что поверхность ткани костюма Speedo Fastskin FS II, вдохновленного кожей акулы, не увеличивает скорость плавания.

Эксперименты, описанные в выпуске The Journal of Experimental Biology от 2 февраля, показали, что шероховатая кожа акулы действительно позволяет ей плавать быстрее и эффективнее. Однако поверхность высокотехнологичных плавательных костюмов не оказывает влияния на снижение сопротивления.

"На самом деле, она совсем не похожа на кожу акулы... Мы убедительно показали, что сами свойства поверхности, которые производитель ранее называл биомиметическими, ничего не дают для движения вперед", — заявил профессор Джордж Лодер.

При этом костюмы в целом могут улучшать результаты за счет других факторов: обтекаемости, сжатия тела, улучшения осанки и кровообращения.

Исследование показало, что миллионы дентикул — крошечных зубчатых структур, из которых состоит кожа акулы, — оказывают драматический эффект на плавание, одновременно снижая сопротивление и увеличивая тягу.

"Мы обнаружили, что когда мембрана из кожи акулы движется, происходит разделение потока — дентикулы создают зону низкого давления, называемую вихрем передней кромки... Можно представить эту область низкого давления как силу, которая засасывает вас вперед", — объяснил Лодер.

Важно, что этот феномен наблюдался только когда кожа была закреплена на гибкой мембране. На жесткой структуре увеличения скорости не было.

Методология исследования

Для тестов были получены образцы кожи двух видов акул — мако и сельдевой. Их сравнивали с тканью костюмов Speedo и материалом с микроскопическими канавками ("ребрами").

Каждый материал крепили на две формы: жесткую (похожую на крыло) и гибкую мембрану. Конструкцию присоединяли к роботизированной руке над циркуляционным резервуаром. Скорость "плавания" измеряли, увеличивая поток воды до возврата устройства в исходную точку.

Для визуализации потока воды использовали технику PIV (Particle Image Velocimetry): лазер подсвечивал миллионы отражающих частиц в воде, а высокоскоростная камера (до 1000 кадров/с) фиксировала их движение и образование вихрей.

Будущие направления

Исследователи планируют:

• Изучить поток воды как можно ближе к поверхности кожи.
• Создать искусственную кожу акулы и манипулировать параметрами дентикул (размер, плотность, расположение), чтобы оценить их влияние.