Podría diseñar medusas de accionamiento de propulsión pequeña de la nueva nave submarina?

Universidad de Oregon oceanógrafo y sus colegas detalle cómo múltiples chorros guían jaleas rápidamente a través del agua en busca de presas

Universidad de vídeo OregonLoading …VIDEO: Universidad de Oregon oceanógrafo Kelly Sutherland, Oregon Instituto de Biología Marina, habla de sus investigaciones en la pequeña medusa colonial. Trabajando bajo una subvención de la Fundación Nacional de Ciencia (OCE-1155084), su equipo documentado … ver más

Crédito: Vídeo por Charlie Litchfield

Eugene, Ore. – 1 de septiembre, el año 2015 – La Universidad de Oregon Kelly Sutherland ha visto el futuro de la exploración bajo el mar mediante el estudio de la destreza de natación de medusas pequeña obtenida de Puget Sound de la isla de San Juan de Washington.

En un documento con cuatro colegas en la aplicación de sept 2 de las Comunicaciones journalNature, Sutherland detalla cómo un pequeño tipo de medusas – sifonóforos coloniales – nadar con rapidez mediante la coordinación de múltiples chorros de agua de problemas de unidades independientes, sino genéticamente idénticas que componen el animal.

La información sobre la biomecánica de un organismo vivo que utiliza un sistema coordinado debería dejar de suscitar “una solución natural a la multi-motor de organización que puede contribuir a la creciente campo del diseño de los vehículos de propulsión bajo el agua distribuida”, los co-autores concluyen en su papel .

“Este es un sistema muy interesante para el estudio de la propulsión, debido a que estas gelatinas tienen múltiples campanas de natación de utilizar para la propulsión”, dijo Sutherland, un biólogo con ambas Instituto de Oregon de la UO de Biología Marina en Charleston y el Colegio de Honores Robert D. Clark en el campus de Eugene. “Esto es relativamente poco común en el reino animal. La mayoría de los organismos que nadan con la propulsión hacen con un solo chorro. Estos sifonóforos pueden convertir en una moneda de diez centavos, y muy rápidamente “.

Las jaleas estudiaron areNanomia bijuga. Son miembros del phylum Cnidaria, cuyos miembros se han especializado células urticantes que se utilizan principalmente para capturar presas.

N. bijugararely exceda de dos pulgadas de largo, pero con tentáculos se puede extender a un pie de largo. Las muestras se recogieron – más a menudo por la noche cuando sus cuerpos translúcidos son fácilmente visibles con la luz sobre el agua oscura – con las tazas de los muelles flotantes de la Universidad de Friday Harbor Laboratorios de Washington. Las colonias individuales contienen de cuatro a 12 estructuras de chorro similares conocidos como nectóforos.

Un solo animal, Sutherland dijo, se ve un poco como un montón de medusas pequeña ensartados. Medusas más reconocidos por los amantes del mar son generalmente mucho más grandes y son propulsados ??por un único chorro. Las diminutas versiones estudiadas, sin embargo, incluir varias unidades y tienen una clara división del trabajo.

“Las campanas de natación más jóvenes en la punta de la colonia son responsables de convertir”, dijo Sutherland. “Ellos generan una gran cantidad de par motor. Las campanas de natación de edad avanzada hacia la base de la colonia son responsables de empuje. “Sus tentáculos capturan zooplancton, los pequeños organismos que consumen estas medusas, añadió.

Para entender cómo estas aguas jaleas pulso para maniobrar, los investigadores colocaron las colonias de la muestra en pequeños depósitos hechos a medida y se añaden partículas de siembra de flotabilidad neutra como trazadores. Con los tanques se encendieron con una lámina delgada de láser, 2-D, el movimiento de las jaleas ‘fue capturado con la fotografía digital de alta velocidad – a 1.000 fotogramas por segundo. Los datos se analizaron con la velocimetría de imágenes de partículas, una técnica que proporciona mediciones de la velocidad instantánea.

La mayoría de los animales y vehículos de ingeniería humanos dependen de los propulsores a reacción que se dan vuelta para cambiar de dirección, una práctica que, dijo Sutherland, es complicado desde un punto de vista de diseño o la ingeniería.

“Estas gelatinas tienen una ligera capacidad de convertir sus chorros individuales, pero ellos no tienen que hacerlo”, dijo. “Con múltiples chorros estáticos que pueden lograr todo la capacidad de maniobra que necesitan. El diseño de un sistema como este sería simple pero elegante. Y usted tiene redundancias en el sistema. Si un chorro sale, habría poca pérdida de propulsión “.

La investigación da una idea de cómo los animales pueden alcanzar niveles complejos de maniobrabilidad y rendimiento con componentes relativamente simples, dijo John “Jack” H. Costello, de Providence College de Rhode Island, el autor principal del estudio.

“Los nectóforos de estas gelatinas parecen ser estructuras productoras de chorro bastante simples”, dijo. “Al nadar hacia adelante, los chorros son esencialmente estereotipado en dirección – que parecen chorro en una dirección constante. La complejidad de inflexión se logra mediante el cual alterna unidades contrato y en qué medida estaban chorro. En lugar de maniobra por medio de alteraciones físicas altamente complejas en las direcciones de chorro entre varios individuos, la colonia ha evolucionado para controlar componentes relativamente simples, estables usando un sistema de control más complejo “.

El siguiente paso, dijo Costello, para entender cómo los animales maximizar su control de los patrones de movimiento muy básicos para alcanzar resultados tan complejas. “Creemos que la identificación de los patrones que controlan, nos permitirá entender los niveles de alto rendimiento de los nadadores de los animales y que tal vez alguna de esta información será aplicable a los vehículos de ingeniería humanos.

En su laboratorio UO, Sutherland estudia organismos gelatinosos, la mayoría de las medusas, para tratar de entender cómo los organismos interactúan con el fluido alrededor de ellos. Las preguntas fundamentales que impulsan su investigación son la forma en que manipulan el agua a su alrededor para nadar y cómo lo hacen para alimentarse.

“Mi primera interacción con los animales utilizados en esta investigación era en realidad nadando con ellos en su ambiente natural”, dijo. “Ellos son migradores verticales, que llegan a la superficie durante la noche y que nadan en las profundidades durante el día. Pueden nadar cientos de metros cada noche “.

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