鱼的模拟为游泳的能量成本提供了新的见解

2019-11-01 10:58:36 编辑：来源：

导读一项新的计算分析表明，最大化游泳速度，同时最大程度地降低能源成本，取决于鱼的肌肉动力与其大小，形状和游泳运动影响其在水中运动的方式

一项新的计算分析表明，最大化游泳速度，同时最大程度地降低能源成本，取决于鱼的肌肉动力与其大小，形状和游泳运动影响其在水中运动的方式之间的最佳平衡。麻省理工学院的Grgur Tokic和Dick Yue在PLOS计算生物学中介绍了这些发现。

鱼和其他生物(例如鲑鱼和海豚)以起伏的方式游泳，从而能够以较低的能源成本实现高速航行。最近对游泳过程中能量消耗的许多见解来自对鱼类肌肉生物力学的理解或对游泳流体力学建模的进步-鱼类如何根据其大小，形状和游泳运动在水中运动。但是，很少有研究将两者结合起来。

为了获得更完整的图像，Tokic和Yue使用了他们先前开发的数学模型，该模型将肌肉生物力学与游泳流体力学相结合。他们使用该模型对游泳过程中的能量消耗进行了广泛的分析-从提供给肌肉的能量开始，跟踪该能量如何转换为有用的水动力推进器。

与以前的研究相比，新的分析表明，为了最大程度地减少给定体重的鱼在给定距离内游泳的能量消耗，它不必以最大效率游泳，该效率是由肌肉产生的能量与消耗的能量来计算的。为了达到最大游泳速度，鱼肉无需以最大功率进行操作。这些发现得到了对九个数量级大小的游泳生物的真实观察。

岳说：“我们的发现是令人惊讶的，但被基础物理学的第一原理证实了。” “他们认为，通过优化肌肉性能和水动力之间的平衡，可以显着提高游泳的精力。”

虽然这项研究模拟了理想化的模型生物，但研究人员希望能够对真实的鱼类(例如金枪鱼或鲑鱼)的游泳能量学建模。这项工作的潜在实际应用可能包括开发具有前所未有效率的人造仿生游泳设备。

标签：鱼的模拟

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