Как пузырьковая преграда может спасать жизнь ныряющим олушам

Новое исследование изучает, как олуши (птицы рода Sula) могут снижать потенциально смертельную силу удара при своих высокоскоростных вертикальных нырках, создавая при ударе о воду амортизирующую подушку из пузырей «сверхкавитации».

«Считается, что тела олуш, которые могут нырять со скоростью, близкой к 100 км/ч, чтобы поймать добычу, обладают определёнными адаптациями для защиты от интенсивных ударов, — говорит доктор Ёсино́бу Инада, профессор кафедры аэронавтики и астронавтики Университета Токай в Японии. — Желание раскрыть и понять эти адаптации вдохновило нас начать это исследование».

Гипотеза: сверхкавитация как амортизатор

Кавитация возникает, когда объект движется в воде на высокой скорости, и давление вокруг него падает ниже давления пара воды, вызывая образование пузырьков. Когда множество таких пузырьков появляется с достаточной скоростью и покрывает весь объект, это называется «сверхкавитацией». Исследователей интересует не снижение сопротивления, а смягчение удара.

«Мы предполагаем, что когда олуши ныряют в воду, может происходить сверхкавитация, и пузырьки могут работать как подушка, смягчающая удар, — объясняет доктор Инада. — Без этой амортизации удар о воду на скорости 100 км/ч был бы колоссальным — достаточно сильным, чтобы сломать кости или даже стать смертельным».

Эксперимент с 3D-моделью головы олуши

Чтобы проверить гипотезу, команда точно воссоздала голову олуши, используя существующее КТ-сканирование её черепа для построения 3D-модели. Модель напечатали на 3D-принтере, установили внутрь акселерометр для измерения силы удара и с помощью специально построенной пусковой установки запускали её в воду на скоростях, приближающихся к 100 км/ч. Процесс снимали высокоскоростной камерой.

Предварительные результаты и будущие планы

Предварительные данные показали, что хотя сила удара о воду в целом росла со скоростью, команда неоднократно наблюдала случаи, когда при очень высоких скоростях сила удара снижалась. Это снижение коррелировало с образованием большого количества пузырьков.

Анализ видеозаписей заставил учёных предположить, что эти пузырьки помогают смягчить сокрушительную силу удара за счёт кавитации. «Мы подозреваем, что это падение силы удара может быть связано со сверхкавитацией, поэтому сейчас готовим дополнительные эксперименты, чтобы проверить, сохраняется ли эффект в разных высокоскоростных условиях», — говорит доктор Инада.

Потенциальное применение

Если гипотеза подтвердится, это открытие может найти применение в проектировании объектов, входящих в воду на высокой скорости, например, космических кораблей, совершающих посадку на воду при возвращении на Землю.

Исследование представлено на ежегодной конференции Общества экспериментальной биологии в Антверпене, Бельгия, 10 июля 2025 года. Результаты пока предварительные, и команда планирует продолжить эксперименты на ещё более высоких скоростях нырка — до 100 км/ч, которые развивают северные олуши.