Při plavání ve složitém podvodním prostředí nemají ryby konkurenci, pokud jde o ovládání pohybu a flexibilitu. Po desetiletí byli výzkumníci inspirováni kopírováním nejnadanějších plavců přírody, aby optimalizovali pohon a manévrovatelnost podvodních vozidel.
Přestože vztah mezi pohybem ocasu neboli ocasní ploutve a přechodnými tvary a pohybem vodního prostředí je v mechanice ryb dobře znám, málo se soustředilo na to, jak tlaková pole ovlivňují vytváření a kontrolu tahu pohánět ryby.
Ve Physics of Fluids, publikovaném AIP Publishing, výzkumníci z Harbin Engineering University v Číně ukázali, že ryby prostřednictvím přesné kontroly tělesných fluktuací vytvářejí pohyblivé vírové páry oblastí vysokého a nízkého tlaku, které jim umožňují plavat. Zjištění poskytují základ pro návrh flexibilních konstrukcí pro vysoce výkonnou podvodní bionickou vrtuli.
Výzkumníci použili velocimetrii částicového obrazu a vysokorychlostní kamery k analýze spontánního plavání zebřiček v nádrži. Ryba zrychluje, když ohýbá ocasní ploutev - připojenou k páteři - na jednu stranu a poté se vrací do neutrální polohy, když ryba narovnává své tělo. Při tomto dokončení jediného švihu ocasem vědci objevili vznik dvou vírových jader při rotaci brázdy v opačných směrech.
Tato jádra tvoří nízkotlakou a vysokotlakou oblast na opačných stranách ryby. Vědci zjistili, že tah generovaný oblastí nízkého tlaku a tah vytvářený oblastí vysokého tlaku společně poskytují hnací sílu zebřičky.
Pohyb těchto oblastí vysokého a nízkého tlaku společně podporoval zrychlení hmoty tekutiny směrem dozadu, zatímco vytlačoval tekutinu směrem ven na špičce ocasní ploutve. Když bylo tělo ryby ve tvaru písmene J, oblast vysokého tlaku sklouzla k zadní části ocasní ploutve a oblast nízkého tlaku se posunula k přední části ocasní ploutve.
Ocasní ploutev využívala oblast nízkého tlaku k pohánění tekutiny směrem k tělu a generování vertikálního tahu za ploutev směrem nahoru. Oblast vysokého tlaku vytlačila tekutinu na hřebenu a vytvořila nápor vzhůru na ocasní ploutev. Opakování tohoto procesu umožnilo zebřičce pohybovat se nepřetržitě.
„Celá zebrafish v procesu plavání je považována za tělesnou vlnu,“řekl spoluautor Yang Han. "Ať už zrychlovaly vpřed nebo změnily směr, ryby udržovaly vlnový pohyb ve všech bodech těla od začátku pohybu."
