ปลาซาร์ดีนทะเลลึก "ปลาปมทะเล" สร้างแรงบันดาลใจให้การออกแบบเรือดำน้ำเงียบ

ศาสตราจารย์วิศวกรรมของ Cornell University รอบิร์ต เชปเปิร์ด (Rob Shepherd) มุ่งมั่นออกแบบหุ่นยนต์ใต้น้ำขนาดใหญ่ที่เงียบสงบ เพื่อตรวจสอบสุขภาพทะเลโดยไม่รบกวนสัตว์น้ำ เขาได้แรงบันดาลใจจากปลาซาร์ดีนทะเลลึกที่หายาก เนื่องจากกลไกการว่ายน้ำที่เป็นเอกลักษณ์ วัตถุประสงค์ของการวิจัยคือเพื่อเข้าใจว่าปลาชนิดนี้ซึ่งเป็นปลากระดูกแข็งที่ยาวที่สุดในโลก ว่ายน้ำอย่างไร เทคโนโลยีการขับเคลื่อนแบบเลียนแบบธรรมชาติสร้างกระแสน้ำแบบเลเยอร์ที่เรียบลื่น ทำให้การสำรวจใต้น้ำและการตรวจสอบสัตว์น้ำระยะยาวเป็นไปได้

ใต้น้ำ ใบพัดของเรือรบส่งเสียงดังร้องเรียน ส่วนปลาก็หนีไปทั่ว ในการสร้างแพลตฟอร์มตรวจสอบทะเลที่ลับลับสำหรับ Office of Naval Research ศาสตราจารย์เชปเปิร์ดต้องการระบบขับเคลื่อนที่ไม่ทำให้สัตว์น้ำตกใจ แรงบันดาลใจของเขามาจากปลาซาร์ดีนพันธุ์น้ำลึกลับที่เรียกว่า "ปลาปมทะเล" ซึ่งยาวได้ถึง 26 ฟุต สัตว์น้ำส่วนใหญ่ที่มีรูปร่างยาว ว่ายน้ำโดยการโค้งร่างกายทั้งตัวเหมือนปลาไหล แต่ปลาซาร์ดีนเกือบจะอยู่นิ่งสมบูรณ์ มันพึ่งพาครีบหลังที่ต่อเนื่องเพียงครีบเดียวในการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและถอยหลังอย่างเงียบงัน

กลไกการเคลื่อนไหวที่เป็นเอกลักษณ์ของปลาซาร์ดีน

เชปเปิร์ดกล่าวว่า "ถ้าคุณว่ายน้ำในทะเลสาบ Cayuga ในฤดูร้อน เรือผ่านไปจะดังมาก" เขาเติมเต็มว่า "การใช้วิธีการแบบเลียนแบบธรรมชาติมากขึ้นจะทำให้การโต้ตอบกับปลาเป็นไปอย่างกลมกลืนมากขึ้น" เพื่อเข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตชนิดนี้ทำลายได้อย่างไร เชปเปิร์ดร่วมมือกับวิลลี่ เบมิส (Willy Bemis) นักวิชาการปลาเกษียณอายุของ Cornell เนื่องจากร่างกายของปลาซาร์ดีนมักจะแยกตัวเป็นชิ้นส่วนที่เปราะบางหลังตาย ทำให้การศึกษาปลาซาร์ดีนที่สมบูรณ์เป็นเรื่องยาก ทีมวิจัยใช้การสแกน CT รังสี X ของ Smithsonian Institution และการศึกษาระบบวิสัยศาสตร์โดยละเอียด เพื่อศึกษาระบบวิสัยศาสตร์ของครีบหลังที่ยาวของปลาชนิดนี้

พวกเขาพบว่าผิวหนังของสิ่งมีชีวิตชนิดนี้ซ่อนเครื่องยนต์ธรรมชาติที่น่าทึ่งไว้ จำนวนร้อยๆ ของเส้นครีบที่คล้ายกระดูก อยู่บนข้อต่อลูกบอลและรูที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งทำงานตามหลังของมัน คล้าย "จอยสติ๊ก" ขนาดเล็ก แต่ละเส้นครีบได้รับพลังงานจากกล้ามเนื้อและ उपasthi ที่เฉพาะเจาะจง ทำให้แต่ละส่วนมีอิสระในการหมุน 360 องศา เยื่อหุ้มเชื่อมต่อสามารถส่งคลื่นขับเคลื่อนไปในทิศทางตรงข้ามพร้อมกันได้ กลไกการเคลื่อนไหวที่เป็นเอกลักษณ์นี้มอบความสามารถในการควบคุมที่แม่นยำมากให้ปลาซาร์ดีน ทำให้มันสามารถปรับความเร็วและทิศทางทันที โดยไม่ต้องโค้งร่างกาย

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีแบบเลียนแบบธรรมชาติจริง

เบมิสกล่าวว่า "มันสามารถเปลี่ยนรูปแบบเส้นครีบหลังได้อย่างต่อเนื่อง และทำได้อย่างรวดเร็วมาก" แม้ว่าการว่ายน้ำแบบมีครีบจะวิวัฒนาการอย่างอิสระในปลากระดูกแข็งประมาณ 10 ครั้ง แต่เป็นการศึกษาครั้งแรกที่บันทึกข้อต่อแบบหมุนคล้ายจอยสติ๊กของเส้นครีบในสปีชีส์นี้ วิศวกรกำลังนำแผนผังชีวภาพเหล่านี้จากกระดาษสู่การใช้งานจริง โดยการเลียนแบบการควบคุมของเหลวของปลาซาร์ดีน ทีมของเชปเปิร์ดวางแผนสร้างเครื่องมือตรวจสอบขนาดใหญ่ที่เงียบสงบ สามารถสังเกตสัตว์ป่าในระบบนิเวศทะเลได้โดยไม่รบกวน

ธรรมชาติมอบการทดสอบวิวัฒนาการมาหลายล้านปี ให้การออกแบบกลไกที่ผ่านการทดสอบในสถานการณ์จริง ประสิทธิภาพพลังงาน และพฤติกรรมการปรับตัว แก่หุ่นยนต์ นักวิจัยเคยออกแบบหุ่นยนต์แบบเลียนแบบธรรมชาติหลากหลายรูปแบบ จิ้งจกสามารถปีนผิวแนวตั้งที่เรียบลื่นได้โดยไม่ต้องใช้กาวหรือถ้วยดูด ขอบคุณขนเล็กๆ บนเท้าที่เรียกว่า "เซตา" โครงสร้างจุลชิ้นเหล่านี้สามารถสร้างแรงแวนเดอร์วอลส์ระดับโมเลกุล ได้ ทำให้รองเท้าติดกับผิวรอบข้าง นักวิจัยหุ่นยนต์ของ Stanford นำแนวคิดนี้ไปสร้าง Stickybot ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ปีนที่มีรองเท้าสังเคราะห์แบบจำลองจากนิ้วเท้าจิ้งจก

วัสดุเฉพาะทางทำให้หุ่นยนต์จับได้ติดอยู่กับแก้ว แผ่นเรียบ และอุปกรณ์อวกาศได้อย่างมั่นคง โดยไม่ทิ้งเศษสารเคมีที่เหลือติดอยู่

การวิจัยครั้งนี้ตีพิมพ์ในวารสาร "Ichthyology & Herpetology"

สัตว์ทะเลลึก啟發靜音監測技術

กลไกการเคลื่อนไหวของปลาซาร์ดีนทะเลลึกให้แนวทางสำคัญสำหรับการออกแบบเรือดำน้ำเงียบ การเคลื่อนไหวของครีบหลังของปลาชนิดนี้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำโดยไม่รบกวนสัตว์น้ำ ซึ่งมีความสำคัญต่อการตรวจสอบระบบนิเวศทะเล ด้วยความสนใจของมนุษย์ต่อสิ่งแวดล้อมทะเลที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาหุ่นยนต์ใต้น้ำที่ไม่ส่งผลกระทบต่อสัตว์น้ำจะช่วยให้เข้าใจและปกป้องระบบนิเวศทะเลได้ดียิ่งขึ้น การวิจัยนี้ไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงภูมิปัญญาของธรรมชาติ แต่ยังให้ทิศทางใหม่สำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีหุ่นยนต์ในอนาคต