Badania Skóry Rekina Odsłaniają Wgląd W Poprawę Efektywności Samolotów i Łodzi

Badacze z Tokyo Institute of Technology odkryli szczegóły dotyczące sposobu, w jaki wielkie białe rekiny redukują opór, co może prowadzić do postępów w projektowaniu samolotów i statków. Ich badanie bada, jak unikalne struktury skóry rekina – znane jako dermalne denticles – odgrywają kluczową rolę w minimalizacji tarcia, gdy rekin pływa z różnymi prędkościami.

Skóra wielkiego białego rekina jest pokryta drobnymi strukturami przypominającymi zęby, które pomagają mu efektywnie poruszać się przez wodę. Te denticles różnią się kształtem, rozmiarem i rozmieszczeniem, co pozwala rekinowi utrzymywać wysokie prędkości podczas polowania i przemierzać długie dystanse z minimalnym wydatkowaniem energii.

Poprzednie badania wykorzystywały denticles rekina jako inspirację do opracowania tzw. riblets – małych, jednokierunkowych grzebieni – dla samolotów i żaglówek. Jednakże, Tokio Tech News informuje, że różnorodność kształtu, rozmiaru i rozmieszczenia denticles na ciele rekina komplikuje zrozumienie. Ta zmienność sprawia, że trudno w pełni zrozumieć, jak te czynniki wspólnie wpływają na redukcję oporu.

Nowe badanie podkreśla, jak różne wysokości grzebieni na tych denticles przyczyniają się do redukcji tego oporu. Wysokie grzebienie środkowe są szczególnie skuteczne przy wolniejszych prędkościach, pomagając w efektywnym żeglowaniu, podczas gdy niższe grzebienie boczne stają się ważniejsze podczas intensywnych polowań na dużych prędkościach.

Poprzez rozwijanie modeli 3D tych listewek, zespół z Tokyo Tech mógł analizować, jak wysokość i odległość między grzbietami wpływają na redukcję oporu. Ich wyniki sugerują, że kombinacja wysokich i niskich grzbietów pozwala rekinowi efektywnie poruszać się z różnorodną prędkością.

Zastępca Profesora Hiroto Tanaka, główny autor badania, wyjaśnia: „Nasze obliczenia sugerują, że kombinacja wysokich i niskich grzbietów listewek wynika z przystosowania do zarówno wolnych, jak i wysokich prędkości pływania, co zapewnia odporność na różne warunki pływania”

Badacze użyli mikroskopowego skanera tomografii komputerowej X-ray. Ten skaner stworzył szczegółowe modele 3D denticles (ząbków skórnych). Następnie analizowali te modele, aby zrozumieć, jak konstrukcja denticles wpływa na redukcję oporu. Badanie nawiązuje do wcześniejszych badań nad dynamiką płynów. Te badania pokazały, że grzbiety denticles pomagają odsuwać wiry turbulentne od skóry rekina. W rezultacie opór tarcia jest redukowany.

Tanaka dodatkowo zauważa: „Wysokie grzbiety prawdopodobnie redukują opór przy niskich prędkościach pływania, a wysoko-niskie naprzemienne grzbiety redukują opór przy wysokich prędkościach pływania, co obejmuje pełny zakres prędkości pływania. Nasza metoda obliczeniowa może być też stosowana do innych gatunków rekinów, w tym wymarłych.”

To badanie nie tylko podkreśla efektywność współczesnych rekinów, ale także otwiera możliwości dla innowacji w dziedzinie inżynierii. Poprzez naśladowanie struktur denticles – ząbkowanych płytek skórnych, które znajdują się u rekinów, inżynierowie mogą projektować ryfle dla samolotów i łodzi, które redukują opór i poprawiają wydajność, bardzo podobnie do sposobu, w jaki rekinom udaje się osiągnąć optymalną efektywność pływania.