باله های مرموز ماهی پارو الهام بخش طراحی ربات بزرگ زیر آب هستند

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

راب شپرد، ربات‌شناس، هنگام طراحی یک ربات بزرگ زیر آب که می‌تواند بی‌صدا شنا کند تا از موجودات دریایی مبهوت کننده جلوگیری کند، سیستم شنای غیرمعمول ماهی پارو را در نظر گرفت، ماهی‌ای به طول چند متر که باله پشتی نوار مانند آن در امواج حرکت می‌کند تا بدنش را به حرکت درآورد.

برای کسب اطلاعات بیشتر، او با همکارش ویلی بمیس، متخصص کاشت‌شناسی بازنشسته کرنل، مشورت کرد.

بمیس، استاد بازنشسته بوم شناسی و زیست شناسی تکاملی در دانشکده کشاورزی و علوم زیستی، گفت: «او با من تماس گرفت و گفت: «من به ماهی پارو علاقه دارم» و من هم گفتم: «من هم».

این شروع یک همکاری برای مطالعه پرتوهای باله پشتی منحصر به فرد این ماهی پارو بود. Oarfish، ماهی غول پیکری که به ندرت توسط انسان مشاهده می شود، دارای صدها ساختار استخوانی مانند است که از پشت ماهی پارو امتداد یافته است. پرتوهای باله در حرکتی هماهنگ حرکت می کنند و امواجی را در امتداد غشایی که آنها را به هم متصل می کند ایجاد می کنند که به نوبه خود ماهی را به حرکت در می آورد.

مطالعه جدیدی که در 30 سپتامبر در مجله Ichthyology and Herpetology منتشر شد، اولین مطالعه ای است که آناتومی و مجموعه ای از ماهیچه ها را توصیف می کند که به هر یک از پرتوهای باله ماهی پارو اجازه می دهد تا به طور مستقل در یک دایره کامل مانند جوی استیک بچرخند.

بمیس نویسنده ارشد مقاله است، در حالی که شپرد، جان اف. کار، استاد مهندسی مکانیک در کالج مهندسی کورنل دافیلد، یکی از نویسندگان این مقاله است. گابریل آفونسو، محقق پیشین مهمان در آزمایشگاه بمیس و در حال حاضر دانشجوی دکترا در موسسه علوم دریایی ویرجینیا، اولین نویسنده مقاله است.

ماهی ها - و پرتوهای باله آنها - به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته اند، تا حدی به این دلیل که وقتی می میرند، به بخش هایی تقسیم می شوند و نمونه های دست نخورده نادر می شوند.

با تنها دو گونه شناخته شده در اقیانوس ها در سراسر جهان در اعماق تا 1000 فوت (305 متر) زیر سطح، پاروماهی ها بزرگ و با بدن های روبان مانند هستند. تخمین زده می شود که بزرگترین نمونه ها تا 8 متر (حدود 26 فوت) می رسند که این ماهی پارو غول پیکر را به طولانی ترین ماهی استخوانی زنده تبدیل می کند. آنها مانند بسیاری از غول های دریایی، سخت پوستان ریز را می خورند. هنگامی که این کار را انجام می دهند، وضعیت عمودی را حفظ می کنند که تا حدی توسط باله پشتی ممکن شده است.

بمیس گفت: «بیشتر ماهی هایی با جثه دراز مانند مارماهی شنا می کنند. آنها در یک سری موج‌ها حرکت می‌کنند و آب را به جلو و عقب فشار می‌دهند. و ماهی‌های پارو این کار را انجام می‌دهند، اما به‌طور قابل‌توجهی، آنها از باله پشتی برای به حرکت درآوردن خود استفاده می‌کنند بدون اینکه بدن خود را به سمت جانبی حرکت دهند.» این سیستم به آن‌ها اجازه می‌دهد بی‌صدا و بدون نیاز به شنا کردن سخت برای به حرکت درآوردن کل بدن خود، طعمه را شکار کنند.

حرکت غیرمعمول ماهی پارو هنگامی که شپرد در حال تحقیق در مورد چگونگی ساخت یک ربات شناگر بزرگ و در عین حال آرام به عنوان بخشی از کمک هزینه ای بود که از دفتر تحقیقات نیروی دریایی دریافت کرد، توجه شپرد را به خود جلب کرد. ماشین بزرگی که او در نظر داشت طیف وسیعی از ابزارآلات برای یک سکوی نظارت بر اقیانوس را در خود جای می‌دهد - که نیروی دریایی نیز به آن علاقه داشت - که می‌تواند بی‌صدا به جلو و عقب شنا کند تا سلامت اقیانوس‌ها را بدون ترساندن ماهی‌ها و دیگر موجودات آبزی زیر نظر بگیرد.

شپرد گفت: "اگر در تابستان در دریاچه کایوگا شنا کنید و یک قایق از آن عبور کند، صدای آن واقعا بلند است." ما فکر می‌کنیم که یک رویکرد بیومیمتیک‌تر، بازی همراه با ماهی را بهتر می‌کند.»

او در بررسی سیستم های مهندسی شده ای که نحوه شنا کردن ماهی پارو را تقلید می کند، نیاز به درک مکانیک نحوه انجام آن داشت.

در این مطالعه، نویسندگان بر کالبد شکافی، بافت شناسی، اشعه ایکس از یک نمونه در موسسه اسمیتسونیان، سی تی اسکن ساخته شده در کرنل و تجزیه و تحلیل فیلم های پرتوهای باله پشتی ماهی پارو تکیه کردند. بررسی ها نشان داد که هر پرتو باله در بالا به غشای باله نازک و در پایین به غضروف، یک سری ماهیچه و یک مفصل توپ و سوکت متصل است که حرکت چرخشی را امکان پذیر می کند.

آناتومی غیرمعمول به غشای شبکه ای اجازه می دهد تا به صورت امواج حرکت کند تا ماهی پارو به جلو و عقب رانده شود. بخشی از غشاء ممکن است در جهت خلفی موج بزند در حالی که بخشی دیگر به طور همزمان ممکن است در جهت قدامی تکان بخورد که کنترل ظریفی را فراهم می کند. بمیس گفت: "آنها به طور مداوم می توانند الگوی پرتوهای باله پشتی را تغییر دهند و این کار را خیلی سریع انجام دهند." پرتوهای باله به طرز باورنکردنی متحرک هستند.

بمیس گفت که حرکت غیرمعمول که شنای باله نواری نامیده می شود، حدود 10 بار جداگانه در ماهی های استخوانی تکامل یافته است. ناشناخته است که آیا سایر شناگران باله‌ای روبانی نیز پرتوهای باله‌ای را تکامل داده‌اند که می‌چرخند.

بمیس گفت: «ما در اینجا آن را توصیف می کنیم. "گام‌های بعدی این است که برویم و ببینیم که آیا این موضوع برای ماهی‌های دیگر هم صدق می‌کند یا خیر. گمان من از مطالعه طولانی‌مدت ماهی‌ها این است که آنها راه‌حل‌های متفاوتی برای یک نوع مشکلات فیزیکی پیدا می‌کنند."

اریک هیلتون، استاد منابع طبیعی در انستیتوی علوم دریایی ویرجینیا و دکترای آفونسو از جمله نویسندگان همکار هستند. مشاور؛ آناستازیا کویویککو، محقق سابق فوق دکترا، و افک پرتز، محقق فوق دکترا، هر دو در آزمایشگاه شپرد.

سایر نویسندگان شامل ترزا پوری، مدیر CT در موسسه بیوتکنولوژی کرنل است. تیلور لونینگهام، دانشجوی سابق در آزمایشگاه بمیس و اکنون دانشجوی دکترا در دانشگاه هوارد. و کاترین بمیس، جانورشناس تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی سیستماتیک شیلات NOAA و متصدی ماهی ها در موزه ملی تاریخ طبیعی موسسه اسمیتسونیان.

گابریل وینیسیوس فلیکس آفونسو و همکاران، سیستم اسکلتی عضلانی پشتی باله ماهیان پارو ماهی (Regalecidae): پرتوهای باله به عنوان عناصر چرخان در یک سیستم موجی، ایکتیولوژی و هرپتولوژی (2026). DOI: 10.1643/i2025091

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →