keskiviikko 26. kesäkuuta 2013

Tutkijat ovat selvittäneet kalojen uintitekniikkaa


Kuinka kalat uivat? Yksinkertainen kysymys, mutta siihen ei ole yksinkertaista vastausta. Northwestern yliopiston tutkijat ovat selvittäneet joitain kalojen mekaanisia ominaisuuksia, joiden ansiosta ne kykenevät suorittamaan monimutkaisia uintiliikkeitä. Tutkimusraportti on julkaistu PLOS Computational Biology-tiedelehdessä.

Kalan pyörteinen uintivana vedessä.  (Kuva: Namrata Patel)

"Mikäli me voisimme leikkiä Jumalaa ja luoda aaltomaisesti uivan uimarin, niin kuinka jäykkä sen kehon tulisi olla? Kuinka nopeasti sen kehon tulisi aaltoilla, jotta se liikkuisi maksiminopeudella? Kuinka sen aivot ohjaisivat liikettä?", kysyy koneensuunnittelun professori Neelesh Patankar.

Tietokonemallinnuksen avulla tutkijat selvittivät uimarin tukirangan lujuuden ja lihaksiston optimaaliset ominaisuudet. Tämän perusteella tutkijat tekivät kehitysopillisen päätelmän, jonka mukaan "selkärangan esiaste on johtanut sopivan jäykän kehon kehittymiseen".

"Tämä olisi ollut mekaanisesti hyödyllistä uivien selkärankaisten evolutiiviselle ilmaantumiselle," Patankar sanoo.

Tutkijoiden mukaan kaloissa saa tapahtua vain pieniä muutoksia sukupolvien välillä. Vaikka uintikyky on riippuvainen tietyistä mekaanisista parametreista, niin niiden pienet muutokset eivät vaikuta uintikykyyn, kunhan kehon jäykkyys pysyy tietyn raja-arvon yläpuolella.

Lopuksi tutkijat toteavat, että kala tarvitsee vain yksinkertaisen hermostollisen ohjauksen aaltomaisen uintiliikkeen aikaansaamiseksi.

Tutkijat havaitsivat, että kala voi olla kala vain mikäli sen kehon mekaaniset ominaisuudet ovat tiettyjen raja-arvojen sisällä. Suuret muutokset eivät ole mahdollisia. Koska kehitysopin mukaan kalan esi-isä oli joku ei-kala, niin sen on täytynyt olla kehno uimari ja varmasti muutenkin kovin epäkelpo kalana. Kalan kannalta on onnellista, että tämä kelvoton esi-isä sattui kehittymään juuri siihen suuntaan, joka johti [optimaaliseen] kalaan.

Tutkijat havaitsivat, että heillä täytyisi olla Jumalan ominaisuuksia, jotta he voisivat luoda kalan tavoin uivan uimarin. Heidän täytyisi siis olla vähintäänkin erittäin älykkäitä suunnittelijoita.

Robotic-fish-verkkosivulla todetaan, että kalan aaltomainen uintiliike tuottaa suuremman työntövoiman kuin potkuri. Samalla myönnetään kalan ominaisuuksien jäljittelyn vaikeus.



Lähteet:

http://www.mccormick.northwestern.edu/news/articles/2013/06/how-fish-swim-mccormick-researchers-examine-mechanical-bases-for-the-emergence-of-undulatory-swimmers.html

http://www.robotic-fish.net/

Ei kommentteja:

Lähetä kommentti