企鵝構成了一個迷人的不會飛的鳥類家族，雖然在陸地上有些笨拙，但它們是非常有天賦的游泳運動員。幾十年來，它們在水中令人難以置信的機動性一直吸引著生物學家，關于它們游泳的第一次流體動力學研究可以追溯到 1970 年代。

盡管極少數(shù)研究已經(jīng)闡明了企鵝靈巧背后的一些物理學，但其中大多數(shù)都專注于向前游泳而不是轉彎。雖然有人可能會爭辯說，關于飛鳥轉動機制的現(xiàn)有研究可以闡明這個話題，但水的密度是空氣的800倍，因此這些介質之間采用的轉動機制可能非常不同。

為了彌合這一知識差距，東京工業(yè)大學(Tokyo Tech)的兩位日本科學家，包括副教授田中廣人(Hiroto Tanaka)最近進行了一項研究。這項工作發(fā)表在《實驗生物學雜志》上，其主要目標是更好地了解使企鵝能夠在水下轉動的三維(3D)運動學和流體動力。

研究人員使用十幾個或更多的水下攝像機記錄了兩次Gentoo企鵝(Pygoscelis papua)在日本長崎企鵝水族館的一個大水箱中自由游泳。然后，由于一種稱為3D直接線性變換的技術，他們能夠整合來自所有鏡頭的數(shù)據(jù)，并通過跟蹤企鵝身體和翅膀上的各個點來進行詳細的3D運動分析。

有了這些數(shù)據(jù)，研究人員隨后建立了企鵝的數(shù)學3D身體模型。該模型涵蓋了車身的方向和角度、每次沖程中機翼的不同位置和運動、相關的運動參數(shù)和流體動力以及各種轉彎指標。通過統(tǒng)計分析和與實驗數(shù)據(jù)的比較，研究人員驗證了該模型，并深入了解了機翼和其他身體運動在轉彎過程中的作用。

該研究的主要發(fā)現(xiàn)與企鵝如何產生向心力以協(xié)助它們的轉彎有關。他們通過保持向外傾斜來實現(xiàn)這一目標，這意味著他們傾斜身體，使其腹部朝內。在動力轉彎中 - 企鵝扇動翅膀的轉彎 - 大多數(shù)方向變化發(fā)生在上沖程期間，而向前推力發(fā)生在下沖程期間。此外，事實證明，企鵝在動力轉彎時會以一定的不對稱性扇動翅膀。

“我們發(fā)現(xiàn)機翼運動的對側差異;轉彎內側的機翼在上沖程期間變得比其他機翼更高，“田中副教授解釋說，”機翼力的準穩(wěn)定計算證實，機翼運動與向外傾斜的這種不對稱性有助于在上沖程期間產生向心力。在接下來的下沖程中，內翼產生推力和反向偏航扭矩以制動轉彎。

總體而言，這些發(fā)現(xiàn)有助于更好地了解企鵝在游泳時如何轉向，這從生物學和工程學的角度來看都是相關的。然而，田中副教授評論說，這些發(fā)現(xiàn)只帶來了一塊拼圖：“企鵝其他各種動作的機制，如快速加速、上下俯仰和跳出水面，仍然未知。我們的研究是進一步了解更復雜的操作的基礎。

　　免責聲明：本文由用戶上傳，與本網(wǎng)站立場無關。財經(jīng)信息僅供讀者參考，并不構成投資建議。投資者據(jù)此操作，風險自擔。 如有侵權請聯(lián)系刪除！