Ooit waterdieren uit het water zien springen en je afvragen hoe ze dat op zo'n gestroomlijnde en sierlijke manier voor elkaar krijgen? Een groep onderzoekers die gespecialiseerd is in het binnenkomen en verlaten van water in de natuur, had dezelfde vraag en onderzoekt de specifieke fysieke omstandigheden die nodig zijn voor dieren om met succes uit het water te springen.

Tijdens de 71e jaarvergadering van de afdeling Fluid Dynamics van de American Physical Society, die zal plaatsvinden van 18-20 november in het Georgia World Congress Center in Atlanta, Georgië, Sunghwan Jung, een universitair hoofddocent biologie en milieutechniek aan de Cornell University, en een van zijn leerlingen, Brian Chang, zullen hun werk presenteren door een robotsysteem te ontwerpen dat is geïnspireerd op springende roeipootkreeftjes (kleine kreeftachtigen) en kikkers om een ​​deel van de vloeistofdynamiek te verlichten die in het spel is wanneer waterdieren springen.

"We hebben gegevens verzameld over waterdieren van verschillende groottes - van ongeveer 1 millimeter tot tientallen meters - die uit het water springen, en konden onthullen hoe hun maximale springhoogtes verband houden met hun lichaamsgrootte, " zei Jung.

In de natuur, dieren bewegen zich vaak in en uit het water voor verschillende doeleinden, waaronder ontsnappende roofdieren, prooi vangen, of communiceren. "Maar aangezien water 1 is, 000 keer dichter dan lucht, het in- of uitstromen van water vergt veel inspanning, dus waterdieren worden geconfronteerd met mechanische uitdagingen, ' zei Jung.

Als een object - zoals een dolfijn of een roeipootkreeftje - door water springt, er wordt massa aan toegevoegd - een hoeveelheid die wordt aangeduid als 'meegevoerde watermassa'. Deze meegesleepte watermassa wordt opgenomen en wordt meegesleurd in de stroom van de lichamen van waterdieren. De groep ontdekte dat meegevoerde watermassa belangrijk is omdat het de maximale springhoogte van de dieren beperkt.

"We proberen te begrijpen hoe biologische systemen deze uitdagingen slim kunnen achterhalen en overwinnen om hun prestaties te maximaliseren, die ook licht kunnen werpen op technische systemen om lucht-waterinterfaces in of uit te gaan, ' zei Jung.

De meeste waterdieren zijn gestroomlijnd, het beperken van het effect van meegevoerde watermassa, zodat het water gemakkelijk van hun lichaam glijdt. "Daarom zijn het zulke goede springers, " zei Jung. "Maar toen we een robotsysteem maakten en testten dat lijkt op springende dieren, het sprong niet zo veel als dieren. Waarom? Onze robot is niet zo gestroomlijnd en neemt veel water mee. Stel je voor dat je uit een zwembad komt met een natte jas - je zou misschien niet kunnen lopen vanwege het watergewicht."

De robot van de groep heeft een eenvoudig ontwerp dat lijkt op een deurscharnier met een rubberen band. Een rubberen band is gewikkeld rond de buitenomtrek van een 3D-geprint deurscharnier, terwijl een kleine draad die het deurscharnier vasthoudt, ervoor zorgt dat het terugklapt wanneer vloeistof naar beneden wordt geduwd. "Deze robot toont het belang van meegesleurd water terwijl een object uit het water springt, " hij zei.

Volgende, de groep zal hun robotsysteem aanpassen en verbeteren, zodat het op grotere hoogte uit het water kan springen, vergelijkbaar met die van dieren zoals roeipootkreeftjes of kikkers. "Dit systeem kan dan misschien worden gebruikt voor bewaking in de buurt van waterbassins, " zei Jung.