科学家利用3D打印技术揭示海豹如何抓鱼
海豹是非常出色的海洋捕食者,它们对猎物的侦测方式十分敏感并且非常独特,即使被蒙上眼睛,它们也能够在30秒之内感知自己周边游动对象的运动路径。有科学家认为,海豹超强的跟踪能力源自于海豹的胡须,它的作用类似于天线一样。长期以来,麻省理工学院(MIT)的工程师都在着手研究一个项目——海豹的捕食感知能力。他们仿照海豹的胡须创建了一个大型的3D打印须状装置,并将其放置在30米长的水槽里,希望能够用这个装置实现测试胡须的功能。
最近,来自麻省理工学院的一个团队一直在一个项目,希望能够揭示出港海豹胡须背后的科学原理。这个团队由该校机械工程系的Michael Triantafyllou教授和博士生Heather Beem领导。他们仿照海豹的胡须创建了一个大型的3D打印须状装置,并将其放置在30米长的水槽里,希望通过此次实验能证明胡须的功能。
海豹的胡须形状呈独特的波浪状,它们有一个椭圆形的截面,而且仅在显微镜下才能看到其跨度的大小是不断变化的。“看到这么复杂的图案真是奇妙,它不只是一个直直的天线,而是一个完美的正弦波。”Triantafyllou教授说。
实验的结果也是非常耐人寻味的。研究人员们发现,3D打印的仿海豹胡须在进入周边对象游过产生的尾波时会发生微小的颤动,而且它颤动的频率跟仿造猎物产生的水涡波纹是同步的。收集到的可视化数据显示,这些胡须就像一名滑雪者在障碍滑雪道上一样从一个水涡溜到另一个水涡。 科学家们通过实验证明,这种特殊的运动能够使其胡须从追踪对象产生的水涡中获取能量,然后导致胡须产生震动,也正是这种震动才使得海豹能够判断出捕猎对象的大小、形状已经经过的路径。海豹波浪状的胡须与我们经常见到的那些又直又长的胡须不同,海豹的波浪状胡须能够创造一个比较弱的旋涡,这为它们在狩猎时提供了一个很大的优势。研究人员认为,海豹胡须这种独特的形状可以减少自己在运动时所带来的干扰。并且研究人员们也已经证实,有着椭圆形横截面的弯曲胡须模型很少在水中摆动。这说明对于以最快速度在水中穿梭的海豹,其胡须会保持相对静止。
“海豹的波浪状胡须使得它能够在平静的水中保持静止,而当鱼游过时产生的尾波会立即使它震动起来。”Beem补充说,“这就是为什么海豹就算看不到也能成功抓到鱼的秘密。”
Triantafyllou教授认为,他们的发现可以帮助科学家跟踪鱼群和污染源。“我们已经有一些可以检测速度的传感器,现在我们可以更进一步。在船只上装着几个仿海豹胡须的传感器,这样我们就可以检测到遥远的羽流,并且能够实现跟踪过程。” MIT的这项研究得到了美国海军研究办公室、新加坡-MIT研究和技术联盟以及MIT海洋基金项目的部分支持。
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