Înotătoarea unui pește rar inspiră proiectarea unui robot subacvatic de mari dimensiuni
Un pește marin rar întâlnit, cu corpul lung și ribbonat, ar putea oferi soluții pentru construirea unor roboți subacvatici mari, capabili să înoate silențios, fără a deranja viețuitoarele marine. Cercetătorii au studiat anatomia înotătoarei dorsale a peștelui numit oarfish (Regalecus glesne), considerat cel mai lung pește osos existent, pentru a înțelege mecanismul care îi permite să se propulseze fără a-și mișca lateral corpul.
Studiul, publicat pe 30 septembrie în revista Ichthyology and Herpetology, este primul care descrie anatomia și seria de mușchi ce permit fiecărei raze a înotătoarei dorsale să se rotească independent într-un cerc complet, asemenea unui joystick. Autorul principal este Gabriel Afonso, fost cercetător vizitator și în prezent doctorand la Virginia Institute of Marine Science, iar autorul senior este Willy Bemis, profesor emerit de ecologie și biologie evolutivă la Cornell University. Rob Shepherd, profesor de inginerie mecanică la Cornell, este coautor.
Un pește uriaș și greu de studiat
Oarfish trăiește în oceanele întregii lumi, la adâncimi de până la aproximativ 305 metri, și este rar observat de oameni. Când moare, corpul i se descompune în segmente, ceea ce face ca exemplarele intacte să fie extrem de rare. Există doar două specii recunoscute, iar cele mai mari exemplare pot ajunge până la circa 8 metri lungime, ceea ce face din oarfish cel mai lung pește osos în viață.
Deși este un gigant marin, se hrănește cu crustacee minuscule, adoptând o postură verticală în timpul hrănirii, postură posibilă în parte datorită înotătoarei dorsale. „Majoritatea peștilor cu corpul lung înoată ca anghilele. Se mișcă printr-o serie de ondulații, împingând apa înainte și înapoi. Oarfish face și asta, dar, remarcabil, folosește și înotătoarea dorsală pentru a se propulsa fără a-și mișca corpul lateral”, a explicat Bemis. Acest sistem îi permite să urmărească silențios prada, fără a depune efort pentru a-și propulsa întregul corp.
Raze care se rotesc ca joystick-ul
Pentru studiu, cercetătorii au folosit disecții, histologie, radiografii ale unui specimen de la Smithsonian Institution, scanări CT realizate la Cornell și analize ale filmărilor cu înotătoarea dorsală a peștelui. Analizele au arătat că fiecare rază a înotătoarei este atașată în partea superioară de membrana subțire a înotătoarei, iar în partea inferioară de cartilaj, de o serie de mușchi și de o articulație sferică ce permite mișcarea de rotație.
Această anatomie neobișnuită permite membranei să se miște în valuri pentru a propulsa peștele înainte și înapoi. O porțiune a membranei poate undui într-o direcție posterioară, în timp ce altă parte poate undui simultan în direcție anterioară, oferind un control fin. „Sunt capabili continuu să schimbe modelul acelor raze ale înotătoarei dorsale și o fac foarte rapid. Razele înotătoarei sunt incredibil de mobile”, a spus Bemis.
Inspirație pentru roboți oceanici silențioși
Modul neobișnuit de locomoție, numit înot cu înotătoare-ribon, a evoluat de aproximativ zece ori separat la peștii osoși, potrivit lui Bemis. Nu se știe însă dacă și alți pești cu acest tip de înotătoare au dezvoltat raze care se rotesc. „Descriem aici acest lucru. Următorii pași ar fi să verificăm dacă este valabil și pentru alți pești. Bănuiala mea, după mulți ani de studiu al peștilor, este că aceștia găsesc soluții diferite la aceleași tipuri de probleme fizice”, a adăugat el.
Locomoția oarfish a atras atenția roboticianului Rob Shepherd atunci când acesta căuta soluții pentru a construi un robot mare, dar silențios, capabil să înoate, în cadrul unui proiect finanțat de Office of Naval Research. Mașinăria imaginată ar urma să găzduiască o serie de instrumente pentru o platformă de monitorizare oceanică, care să se deplaseze silențios înainte și înapoi pentru a monitoriza sănătatea oceanului fără a speria peștii și alte creaturi acvatice.
„Dacă înoți în lacul Cayuga vara și trece o barcă, e foarte zgomotos. Credem că o abordare mai biomimetică ar fi mai bună pentru a te integra printre pești”, a declarat Shepherd.
Pe lângă Afonso, Bemis și Shepherd, la studiu au contribuit Eric Hilton, profesor de resurse naturale la Virginia Institute of Marine Science și coordonatorul de doctorat al lui Afonso; Anastasia Koivikko, fostă cercetătoare postdoctorală, și Ofek Peretz, cercetător postdoctoral, ambii în laboratorul lui Shepherd; Teresa Porri, manager CT la Cornell Institute of Biotechnology; Taylor Lunningham, fostă studentă în laboratorul lui Bemis și în prezent doctorandă la Howard University; și Katherine Bemis, zoologă cercetătoare la National Systematics Lab din cadrul NOAA Fisheries și curatoare de pești la Smithsonian Institution’s National Museum of Natural History.
