Теперь специалисты Университета Осаки раскрыли ключевую часть загадки, используя суперкомпьютеры для детального анализа водных потоков вокруг плывущих дельфинов.
Когда дельфин плывет, он взмахивает хвостом вверх и вниз подобно удару ногой. Это движение отталкивает воду назад, создавая турбулентный поток, наполненный вихревыми течениями различных размеров. До сих пор было трудно определить, как именно эти сложные движения объединяются, чтобы толкать дельфина вперед.
«Наша цель — понять, какие части турбулентного потока помогают дельфинам плавать так быстро, — говорит ведущий автор исследования Ютаро Мотоори. — Используя суперкомпьютер, мы можем симулировать и разложить поток на составляющие, чтобы определить, какие компоненты играют доминирующую роль».
Ученые обнаружили, что осциллирующий хвост дельфина производит мощные крупномасштабные вихревые кольца, которые отталкивают воду назад и создают тягу. Затем эти крупные вихри порождают более мелкие в процессе так называемого энергетического каскада. Хотя этих мелких вихрей множество, они вносят незначительный вклад в движение дельфина вперед.
«Наши расчеты показывают, что решающее значение для понимания процесса плавания дельфинов имеет иерархия вихрей в турбулентности, — объясняет старший автор исследования Сусуму Гото. — Крупнейшие вихри отвечают за большую часть движения, в то время как мелкие являются главным образом побочными продуктами турбулентного потока».
Симуляция на суперкомпьютере позволила наблюдать движение жидкости с детализацией, которую было бы практически невозможно зафиксировать в реальных экспериментах. Более того, благодаря гибкому вычислительному методу проведение множества испытаний при различных условиях оказалось несложной задачей. «Мы обнаружили, что полученные результаты остаются неизменными в широком диапазоне скоростей плавания», — отмечает Мотоори.
В будущем это понимание механики движения дельфина и других морских животных может помочь в разработке более быстрых и энергоэффективных подводных роботов, а также технологий управления турбулентностью. Численные симуляции позволили визуализировать динамику вихрей в широком диапазоне условий и количественно оценить их влияние на движение. Так изучение природы может привести к важным технологическим достижениям.
Ранее ученые разработали нейросеть для расшифровки языка дельфинов.
Источник: hi-tech.mail.ru