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新研究:鱼类悬停在水中其实很“费劲”

2025年07月13日55145

  新华社北京7月13日电 一项新研究发现,鱼类悬停在水中时并不像看起来那般轻松,而是要消耗不少能量。这一发现为设计灵活的水下机器人提供了新思路。

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图片来源于网络,如有侵权,请联系删除

  美国加利福尼亚大学圣迭戈分校等机构的研究人员在美国《国家科学院学报》上发表的论文介绍,科学界长期以来认为鱼类悬停在水中是一种类似休息的状态,但他们通过实验发现,鱼类在悬停时消耗的能量几乎是静止休息(即鱼类靠着水底支撑重量)时的2倍,这是因为它们需要不断划动鱼鳍以维持身体稳定。

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  研究人员对13种带鱼鳔的鱼进行了实验。他们将每条鱼放入一个专门设计的水箱中,记录它们在主动悬停和静止休息时的氧气消耗情况。在鱼悬停时,研究人员用高速摄像机拍摄它们,以捕捉每条鱼鳍的运动方式及划动频率。

  研究人员还对每条鱼的形态进行了测量,特别是鱼的重心与浮心(与鱼鳔的位置和形状有关)间的距离,以量化鱼类的稳定性水平。

  结果发现,尽管鱼鳔产生的浮力能让鱼类几乎处于“失重”状态,但重心与浮心不重合会导致鱼类身体倾斜或翻滚,这迫使它们必须持续划动鳍来维持姿态。重心与浮心距离越大的鱼种,在悬停时消耗的能量也越多,这表明对抗不稳定性是悬停耗能的一个关键因素。

  此外,鱼类的体形和胸鳍位置也会影响其悬停效率。细长的鱼类悬停效率较低,反之则悬停效率更高。胸鳍位置更靠后的鱼在悬停时一般耗能更少,研究人员认为这可能与杠杆效应更好有关。

  研究人员表示,这些发现可用于设计水下机器人和其他设备。以往水下机器人的设计倾向于追求高度稳定的紧凑形状,但就像鱼类一样,更稳定的形状往往意味着更差的机动性。如果想让水下机器人能在狭小空间中灵活穿梭,可以设计成“不稳定”的构型,由系统不断调节。

【责任编辑:成岚】
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