Чтобы прояснить этот феномен, исследователи из Университета Стони Брук и Университета Миннесоты недавно провели моделирование способности небольших зубчатых зубчиков, из которых состоит кожа акулы, изменять гидродинамический поток с беспрецедентным уровнем разрешения. Они обнаружили, что эти конструкции не только не облегчают скольжение по воде, но и увеличивают сопротивление до 50 процентов.Фотис Сотиропулос, чья предыдущая работа была сосредоточена на разработке вычислительных инструментов для изучения эволюционного воздействия гидродинамических факторов на формы тела рыб и стили плавания, и его докторская степень. студент Аарон Бумсма обсуждает свою работу по изучению гидродинамики акульей кожи на этой неделе в журнале Physics of Fluids от AIP Publishing.
«Работа над акульей кожей была естественным прогрессом, особенно после наблюдения общих черт между акульей кожей и пленками из риблетов», — сказал Сотиропулос, декан Колледжа инженерных и прикладных наук Университета Стоуни-Брук и главный исследователь проекта. «Наш интерес был вызван мыслью о том, что акулья кожа способна обеспечить акулам гидродинамическое преимущество».Сотиропулос и его коллеги использовали экспериментальные данные о трехмерной геометрии зубчиков короткоперой акулы мако, предоставленные Джорджем Лаудером, профессором организменной и эволюционной биологии Гарвардского университета, для создания вычислительных слоев зубцов акульей кожи в выровненных и шахматных конфигурациях. Затем они применили численное моделирование, основанное на концепциях погруженных границ, для изучения деталей турбулентного потока воды через и над неподвижными ложе зубцов.«Наше моделирование убедительно показывает, что для протестированных конфигураций акулья кожа действительно увеличивает сопротивление — до пятидесяти процентов», — сказал Сотиропулос.
Исследователи также смоделировали тот же поток через риблы, обнаружив, что они уменьшили сопротивление на 5 процентов.Это несоответствие возникает из-за различий между геометриями объектов: ребра могут удерживать вязкое напряжение вдоль своих выступов, потому что они по существу двумерны, тогда как сложные трехмерные элементы зубцов создают турбулентность и узоры закрученного потока, которые усложняют удержание. вязкого напряжения.
«Это отличный пример того, как наши попытки вдохновиться природой привели к чему-то действительно полезному, даже несмотря на то, что функциональность оригинального природного сооружения может быть не так просто объяснить или понять», — сказал Сотиропулос.Дальнейшая работа Сотиропулоса и его коллег включает в себя расширение их работы, чтобы понять, как зубчики акульей кожи работают в условиях плавания и их последующего давления.
Однако Сотиропулос отметил, что для полного понимания этого взаимодействия необходимы суперкомпьютеры следующего поколения.