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放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-01 09:36  浏览次数:0
摘 要:一个新的计算分析表明,最大限度地提高游泳速度,同时最大限度地降低能源成本取决于一个最佳平衡之间的鱼肌肉动力学和方式的大小
 一个新的计算分析表明,最大限度地提高游泳速度,同时最大限度地降低能源成本取决于一个最佳平衡之间的鱼肌肉动力学和方式的大小,形状和游泳运动影响其运动通过水。麻省理工学院的grgur tokic和dick yue在plos计算生物学中展示了这些发现。
 
鱼类和其他生物,如鲑鱼和海豚,以波动的方式游泳,以低能耗实现高速。近年来,人们对游泳过程中能量消耗的许多见解,都源于对鱼类肌肉生物力学的理解和对游泳流体力学的建模,即鱼类如何根据其大小、形状和游泳运动在水中运动。然而,很少有研究将两者结合起来。
 
为了获得更完整的图片,托基克和岳采用了他们之前开发的数学模型,将肌肉生物力学和游泳流体力学结合起来。他们利用这个模型对游泳过程中的能量消耗进行了广泛的分析,从提供给肌肉的能量开始,并跟踪能量是如何转化为有用的水动力推进的。
 
与先前的研究相反,新的分析表明,为了使给定的身体质量的鱼消耗一定的距离,它不需要以最大的效率游泳,计算为肌肉产生的功率与消耗的功率。为了达到最大的游泳速度,鱼肌肉不需要在最大功率水平下运行。这些发现得到了对9个数量级的游泳生物的真实观察的支持。
 
“我们的发现令人惊讶,但它们是由基础物理学的第一原理证明的,”岳说。他们认为,通过优化肌肉性能和流体力学之间的平衡,可以大大改善游泳的能量学。”
 
虽然这项研究模拟了一个理想化的模型生物,但研究人员希望下一步模拟现实鱼类(如金枪鱼或鲑鱼)的游泳能量学。这项工作的潜在实际应用可能包括开发效率空前的人造仿生游泳设备。
 
 
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