제트 추진 바다 생물은 해양 로봇 공학을 향상시킬 수 있습니다

오레곤 대학교의 과학자들은 젤라틴 형태의 바다 동물 군집이 효율적인 수중 차량을 위한 새로운 설계에 영감을 줄 수 있는 특이한 종류의 운동인 조화된 제트 추진력을 사용하여 거대한 코르크 모양으로 바다를 헤엄친다는 사실을 발견했습니다.

이 연구에는 바다 깊은 곳에서 표면까지 야간 여행을 하는 해파리와 유사한 작은 생물인 살프(salps)가 포함됩니다. UO 연구진과 동료들은 특수 카메라를 사용하여 이동을 관찰함으로써 거대 플랑크톤의 우아하고 조화로운 수영 행동을 포착하는 데 도움이 되었습니다.

이번 연구를 이끈 UO 산하 오리건 해양생물학연구소 생물학 부교수인 켈리 서덜랜드(Kelly Sutherland)는 “지구상에서 가장 큰 이동은 매일 밤 발생한다. 심해에서 표면으로의 플랑크톤 유기체의 수직 이동”이라고 말했다. “그들은 새로운 유체 역학을 사용하여 매일 마라톤을 달리고 있습니다. 이 유기체는 심해를 효율적으로 횡단하는 로봇을 만드는 방법에 대한 영감을 주는 플랫폼이 될 수 있습니다.”

연구진의 연구 결과는 5월 15일 저널에 게재되었습니다. 과학 발전. 이 연구에는 루이지애나 대학 해양 컨소시엄, 사우스 플로리다 대학, 로저 윌리엄스 대학, 해양 생물학 연구소 및 프로비던스 대학의 협력이 포함되었습니다.

해파리와 유사해 보이지만 수액은 통 모양의 물이 많은 거대 플랑크톤으로 물고기나 인간과 같은 척추동물과 더 밀접하게 관련되어 있다고 UO의 생물학 부교수인 알레한드로 다미안-세라노(Alejandro Damian-Serrano)는 말했습니다. 그들은 해안에서 멀리 떨어져 살고 있으며 단독으로 살거나 식민지에서 활동할 수 있다고 그는 말했습니다. 군집은 최대 수 미터 길이의 사슬로 연결된 수백 명의 개인으로 구성됩니다.

Damian-Serrano는 “수액은 정말 이상한 동물입니다.”라고 말했습니다. “우리와 공통 조상은 아마도 뼈 없는 작은 물고기처럼 보였을 것입니다. 그러나 그들의 혈통은 그러한 특징을 많이 잃고 다른 것을 확대했습니다. 고독한 개체는 개별 클론의 사슬을 무성적으로 번식하고 함께 결합하여 군집을 만드는 이 모선처럼 행동합니다. ”

그러나 이 해양 생물의 가장 독특한 점은 연구원들의 해양 탐험 중에 발견되었습니다. 바로 수영 기술입니다.

하와이 카일루아코나 해안을 탐험하면서 Sutherland와 그녀의 팀은 연구실을 수중으로 가져갈 수 있는 특수 3D 카메라 시스템을 개발했습니다. 그들은 가시성이 높은 조사를 위해 Damian-Serrano가 설명한 대로 “무한한 파란색에 잠긴” 주간 스쿠버 다이빙을 수행했습니다.

그들은 또한 검은 배경을 통해 투명한 동물의 고대비 이미징이 가능한 야간 다이빙도 수행했습니다. 그들은 밤에 표면으로 이동하는 엄청난 양의 다양한 수액과 많은 광폭탄 상어, 오징어 및 갑각류를 발견했다고 Sutherland는 지적했습니다.

이미징과 녹음을 통해 연구원들은 수영의 두 가지 모드를 발견했습니다. 짧은 군집이 나선형 축구공처럼 축을 중심으로 회전하는 경우 긴 사슬은 코르크 따개처럼 구부러지고 휘어집니다. 이를 나선형 수영이라고 합니다.

나선형 수영은 생물학에서 전혀 새로운 것이 아니라고 Sutherland는 말했습니다. 많은 미생물도 물 속에서 회전하고 코르크 마개를 뽑지만 살프의 움직임 뒤에 숨은 메커니즘은 다릅니다. 미생물은 머리카락 같은 돌기나 꼬리 채찍으로 물을 때리지만 수액은 제트 추진력을 통해 헤엄친다고 Sutherland는 말했습니다. 그들은 인간의 목에 있는 것과 같은 수축하는 근육 밴드를 가지고 있어 몸의 한쪽에서 빨아들인 물을 펌핑하고 다른 쪽 끝으로 분출하여 추력을 생성한다고 Damian-Serrano는 말했습니다.

연구원들은 또한 개별 제트기가 서로 다른 시간에 수축하여 전체 식민지가 쉬지 않고 꾸준히 이동하게 한다는 것을 발견했습니다. 제트기 또한 각도가 있어 회전과 코일 수영에 기여했다고 Sutherland는 말했습니다.

“나의 초기 반응은 정말 경이로움과 경외감이었습니다.”라고 그녀는 말했습니다. “나는 그들의 움직임을 뱀과 같고 우아하다고 묘사하고 싶습니다. 그들은 서로 다른 시간에 펄스하는 여러 유닛을 가지고 있어 매우 부드럽게 움직이는 전체 체인을 만듭니다. 정말 아름다운 움직임 방식입니다.”

미생물 수영자로부터 영감을 받은 마이크로 로봇은 이미 존재하지만 이번 발견은 엔지니어들이 더 큰 수중 차량을 제작할 수 있는 길을 열어준다고 Sutherland는 말했습니다. Damian-Serrano는 이러한 효율적인 수영 선수를 모델로 하면 조용하고 덜 난류인 로봇을 만드는 것이 가능할 수도 있다고 말했습니다. 다중 제트 설계는 또한 연료 절약에 에너지적으로 유리할 수 있다고 그는 말했습니다.

미생물 외에도 플랑크톤과 같은 더 큰 유기체는 아직 이런 식으로 설명되지 않았다고 Sutherland는 말했습니다. 바다 생물을 연구하는 서덜랜드의 새롭고 혁신적인 방법을 통해 과학자들은 나선형 수영이 이전에 생각했던 것보다 더 널리 퍼져 있다는 것을 깨닫게 될 것입니다.

“답을 제공하기보다 더 많은 질문을 제시하는 연구입니다.”라고 Sutherland는 말했습니다. “이전에 설명되지 않은 새로운 수영 방법이 있습니다. 연구를 시작했을 때 우리는 그것이 어떻게 작동하는지 설명하려고 했습니다. 그러나 우리는 이 방법으로 수영하는 것의 장점이 무엇인지와 같은 더 많은 공개 질문이 있다는 것을 발견했습니다. ? 얼마나 많은 유기체가 회전하거나 코르크 마개를 뽑습니까?”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/05/240515225101.htm