Ученые из Корнельского университета разрабатывают выпрыгивающего из воды робота, изучая для этого механизм прыжков у ракообразных и лягушек, свои выводы специалисты представили в ходе 71-го ежегодного совещания Отделения по физическому развитию Fluid Dynamics Американского физического общества, которое состоялось 18-20 ноября в Центре Всемирного конгресса Джорджии в Атланте (Джорджия).

Исследователи выяснили, что высота прыжка животного сильно связана с размерами его тела, а «захваченная масса воды» усложняет прыжок, ограничивая его высоту.

Сангван Юнг — доцент кафедры биологии и экологии в Корнельском университете, и один его учеников, Брайан Чанг, представили на совещании свои разработки по созданию роботизированной системы, вдохновленной прыгающими копеподами (крошечными ракообразными) и лягушками.

«Мы собрали данные о водных животных разных размеров — от примерно 1 миллиметра до десятков метров, которые выпрыгивают из воды, и смогли выяснить, как максимальная высота их прыжка связана с размером тела», — сказал Юнг.

В природе животные часто перемещаются и выходят из воды для различных целей, в том числе избегая хищников, ловя добычу или общаясь. «Но поскольку вода в 1000 раз плотнее воздуха, вход в воду или выход из нее требуют больших усилий, поэтому водные животные сталкиваются с механическими проблемами», — сказал Юнг.

Поскольку субъект — например, дельфин или копепод — прыгает через воду, к нему добавляется так называемая «захваченная водная масса». Эта водная масса включается и мчится в потоке вдоль тел животных. Группа обнаружила, что захваченная водная масса важна, поскольку она ограничивает максимальную высоту прыжка животных.

«Мы пытаемся понять, как биологические системы умеют эффективно определять и преодолевать эти проблемы, чтобы максимизировать производительность. Это могло бы пролить свет на то, как инженерные системы могут двигаться через слои воздуха и воды», — сказал Юнг.

Большинство водных животных имею обтекаемую форму, которая ограничивает эффект захваченной водной массы, поэтому вода легко скользит по телу. «Вот почему они такие хорошие прыгуны, — сказал Юнг. – Но, когда мы изготовили и протестировали роботизированную систему, похожую на прыгающих животных, она не прыгала так же сильно, как животные. Почему? Наш робот не так хорошо обтекаем и несет с собой много воды. Представьте, что выходите из бассейна с влажным пальто — вы, возможно, не сможете ходить из-за веса воды».

Новый робот группы имеет простой дизайн, похожий на дверную петлю с резиновой лентой. Резиновая лента обертывается вокруг внешнего периметра дверной петли, напечатанной на 3D принтере, в то время как крошечный провод, который удерживает петлю, позволяет ей перевернуться обратно, когда жидкость сдвигается вниз. «Этот робот показывает важность захваченной водной массы в момент, когда объект выпрыгивает из воды», — сказал он.

Затем группа будет модифицировать и улучшать свою роботизированную систему, чтобы она могла выпрыгнуть из воды более высоко – на высоту прыжка копеподов или лягушек. «Эта система может быть затем использована для наблюдения вблизи водоемов», — сказал Юнг.