「本文来源:科普中国」

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这看似是一个理所应当的问题:“因为鱼有鳍,就像人有脚一样,所以鱼会游泳”。如果嫌这句话麻烦甚至可以用“因为它是鱼,所以它会游泳”这种方式来回答。

但真相真的是这样吗?鱼鳍是鱼游泳的主要动力来源吗?如果深究下来,你会发现这个问题其实并不简单。

图源:Giphy动图

很早之前,人们就认识到,游泳是动物最省力的运动方式。

走路、飞行、游泳,如果让你选择一种方式从A点移动到B点,你会怎么选?

我想大部分人都会选择飞行,确实,对于个体来说,飞行是最快的运动方式,但如果单从消耗能量大小的角度来考虑,飞行却不是最优解。

科学家研究发现,同样要移动1km,松鼠爬行需要消耗22.73J的热量;海鸥飞行需要消耗6.07J的热量;鲑鱼游泳只需要消耗1.63J的热量,大约只有松鼠的1/20,海鸥的1/6。

就算是找一个和鲑鱼一模一样的物体,用同样的速度把它放到水里拖动它移动1km,科学家发现会游动的鲑鱼消耗的能量只有前者的1/7-1/8,很显然,游泳是动物最省力的方式。

鱼既然游泳那么高效,人类肯定会想去模仿它,去创造一个和鱼运动方式一样的水下推进装置。

你也许会想,我们不是已经有潜艇了吗?但即使是最快的核潜艇,用螺旋桨推进的它时速只有44.7节,也就是每小时80.4公里。水里游得最快的旗鱼,速度可以达到每小时公里。不止是速度的问题,潜艇推进时噪音大、耗能高,并且高速旋转的螺旋桨还会产生空蚀效应,导致螺旋桨磨损。

所以人类一直想去模仿鱼的游动方式,设计出更先进的水下载具,这也就是仿生。

但想去模仿,就得先搞懂鱼游泳的原理。

那第一个问题来了,选哪种鱼作为研究对象呢?

如果仔细观察鱼的运动方式,你会发现大部分的鱼运动方式大抵相同:利用尾部和身躯肌肉的收缩进行有规律的左右扭动,专业上这称为身体/尾鳍推进模式(Bodyand/orcaudalfin,BCF)。

鱼的游动方式图源:



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