Японские ученые смогли разгадать секрет невероятной скорости и маневренности дельфинов в воде. Для этого специалисты из Университета Осаки использовали суперкомпьютер Fugaku, который позволил создать сложную математическую модель и проанализировать гидродинамику животного с высочайшей точностью. Результаты этого масштабного виртуального эксперимента были опубликованы в научном журнале Physical Review Fluids.
Дельфины плавают благодаря мощным вертикальным движениям хвоста, которые создают за животным сложный турбулентный след из завихрений воды самого разного размера. Долгое время физики не могли понять, какие именно из этих структур обеспечивают главное ускорение. «Используя суперкомпьютер, мы можем моделировать и разлагать поток, чтобы определить, какие компоненты играют доминирующую роль», — пояснил руководитель исследования Ютаро Мотоори. Это позволило изучить движение воды в таких деталях, которые невозможно зафиксировать при обычной подводной съемке.
Выяснилось, что секрет скорости кроется в крупных вихревых кольцах, которые формируются на кромке хвоста при его движении вниз. Эти мощные кольца, отрываясь от тела животного, с силой отталкивают воду назад и тем самым толкают дельфина вперед. Более мелкие завихрения, которые образуются при разрушении крупных колец, просто заполняют след позади и практически не влияют на поступательную скорость. По словам ученых, такой гидродинамический механизм одинаково эффективно работает при любых скоростях плавания дельфина.
Это открытие имеет огромное практическое значение для подводной инженерии. Понимание того, как животные используют упорядоченные крупные вихри вместо хаотичного разбрызгивания воды, поможет инженерам в разработке новых биомиметических роботов. Копирование движений дельфина позволит создавать подводные аппараты и исследовательские зонды, которые смогут передвигаться гораздо быстрее, тратить меньше энергии и создавать меньше ненужного шума.