Physique de la natation des poissons

Physique de la natation des poissons
Fish Swimming Physique - Nageur stratégique. Le poisson tétra à nez rouge (Hemigrammus bleheri) utilise un schéma de nage vif et côtier. Roberto/stock.adobe.com

Certaines espèces de poissons nagent dans un schéma de poussée vers l'avant, où leurs corps ondulent alternativement et restent immobiles à l'approche du rivage. Bien que la nage intermittente soit plus difficile à simuler que la nage continue, les chercheurs ont maintenant effectué des simulations approfondies pour comprendre les avantages de ce mode pour les poissons et ses applications potentielles pour les robots ressemblant à des poissons. Dans la vidéo des simulations, on voit un poisson virtuel s'agiter et accélérer avant d'avancer calmement jusqu'à presque s'arrêter. Les chercheurs ont découvert que la réduction de la traînée causée par une position plus aérodynamique du corps pouvait compenser le manque de propulsion pendant la phase d'accostage. Cependant, cette tactique fonctionne mieux lorsque des paramètres tels que la longueur avant sont optimisés.

Bien que les chercheurs aient largement reconnu que, sur la base de tests et de modèles analytiques, la nage espacée peut être plus efficace, une simulation complète a été difficile, en partie à cause du caractère instable du flux. Un protocole en deux étapes a été établi par Gen Li et ses collègues de la Japan Sea-Earth Science and Technology Agency (JAMSTEC). Dans la première étape, ils simulent une série de longs pics et de courses de rivage avec des amplitudes et des fréquences variables pour les vagues de poissons. Ils utilisent ensuite les éléments de ces informations de simulation qu'ils copient et collent pour reproduire des schémas de nage aléatoires en rafale et sur le rivage.

En utilisant cette méthode, qu'ils ont déjà utilisée, les chercheurs ont pu déterminer les valeurs idéales de variables telles que la fréquence et l'amplitude des ondes sans utiliser une quantité importante de puissance de traitement. Ils peuvent comparer en détail l'efficacité de la nage intermittente et continue. Une longue simulation utilisée dans la base de données est présentée dans la vidéo. Cette simulation commence par 15 cycles de rotation arrière, puis se poursuit pendant un certain temps.

De nombreux paramètres peuvent être surveillés au fil du temps par Li et ses collègues, y compris la traînée, la puissance d'entrée et la poussée, qui montrent des changements rapides auparavant inaperçus. Les chercheurs ont découvert que les sprints et la nage rapide peuvent utiliser moins d'énergie que la nage continue, mais cette tactique peut devenir trop inefficace si, par exemple, la durée de chaque cycle de sprint et rapide est trop longue. Les concepteurs de robots ressemblant à des poissons devront optimiser soigneusement leurs paramètres de nage pour réduire leur consommation d'énergie, car les vrais poissons ont sans aucun doute des millions d'années pour développer ce schéma de nage.

Source : physics.aps.org/articles/v16/8

 

 

 

Günceleme: 17/01/2023 12:43

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