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了解海星變形機制幫助設計水下機器人

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2021/03/02
南加州大學維特比工程學院的研究人員發現,海星透過改變其形狀而產生「下壓力」。這種下壓力可以幫助海星避免流體動力位移。研究人員認為,了解這種變形,可以幫助設計類似地適應極端流體動力環境的水下機器人。

該研究於2月25日發表在《自然科學報告》。

形狀與力之間的相互作用
研究人員使用計算流體動力學和3D列印模型,測試了對海星形狀及其對水中力影響的理解。南加州大學航空航天與機械工程學院米圖爾·盧哈爾(Mitul Luhar)·說:「因為海星的形狀,我們立即注意到的是,與其將海星從它們所在的表面上拉開,不如將它們推下來。」

盧哈爾表示,研究人員認為這種下壓力作用,是海星以及未來的水下機器人如何與海床或岩石保持附著,而不是從海床或岩石上抬起的關鍵,即使在最極端的條件,海床或岩石中也是如此。

研究人員還測試了其他形狀。盧哈爾說,採用圓錐體或圓頂時,水沿形狀的輪廓合理地向上流動,然後向下流動。最終,水流向下推動,產生了相等而相反的力,從而導致整體提升效果。海洋星狀-與三角形楔形相似-水向上流動,每一側的角度都像一個坡道,將水推離其表面。

「當海星將水流推開時,水流產生了一個相等而相反的力,該力向下推向海星。圓錐體或球體不會產生相同的斜坡效應,因此不會產生類似的下壓力。」 盧哈爾說

為了全面了解力場的外觀,盧哈爾說,他們使用計算模型進一步闡明了使用3D列印形狀所見的事物。在考慮的形狀中,球形圓頂在升力與下壓力方面表現最差,這意味著...完整