Начнем с самого простого.
Что такое медуза?
Медузы — примитивные многоклеточные организмы, не обладающие мозгом и центральной нервной системой. Однако некоторые из них имеют статоцисты (органы равновесия) и светочувствительные органы, которые помогают им ориентироваться в пространстве. Медузы появились раньше чем динозавры. Если точнее, то более 500 миллионов лет назад. Они относятся к типу стрекающих или книдарий, а жизненный цикл медуз включает несколько стадий: планула (личинка), полип и сама медуза.
Колокол медузы состоит из трех основных слоев:
• эпидермиса (внешний слой),
• мезоглеи (желеподобный средний слой),
• гастродермиса (внутренний слой).
Края колокола обычно обрамлены щупальцами, которые содержат стрекательные клетки (нематоцисты), используемые для защиты и ловли добычи.
Вроде здесь все понятно, поэтому перейдем к основной теме.
Наше будущее
Пока некоторые считают, что медузы могут стать новым источником пищи (D. Edelist et al., 2021), я предлагаю рассмотреть другую уникальную особенность. Их простая форма способна создавать сложные гидродинамические явления, такие как вихревые кольца. Несмотря на свою примитивность, медузы являются ценным объектом для исследований. Например, заменив воду на кровь, эту технологию можно использовать для диагностики или лечения тяжелобольных пациентов. Таких неожиданных связей более чем достаточно!
Помимо прочего эти знания могут способствовать созданию новых способов передвижения воздушного и подводного транспорта или быть полезными при разработке более эффективных систем водоснабжения. Так как медузы тратят минимальное количество энергии на перемещение и преодолевают большие расстояния без значительных энергетических затрат, то дальнейшие наблюдения не менее важны для ускорения процесса декарбонизации и устойчивого развития.
Как происходит движение?
1. Сокращение колокола: Первый этап движения медузы начинается с сокращения мышечных волокон колокола. Медуза резко сокращает свои мышечные волокна, что приводит к уменьшению объема зонтика и выталкиванию воды наружу. Это движение напоминает работу насоса, выбрасывающего воду из-под колокола, создавая начальное движение вперед.
2. Формирование вихревых колец: После сокращения колокола наступает этап расслабления. Вода снова заполняет пространство под зонтиком, создавая обратные вихревые потоки. Эти потоки формируют вихревые кольца, которые играют ключевую роль в создании подъемной силы и тяги, необходимых для движения медузы.
3. Подъем и тяга: Подъемная сила помогает медузе оставаться на плаву, в то время как тяга направляет её вперед. Тяга возникает благодаря разнице в давлении на передней и задней частях тела медузы. Комбинация этих сил обеспечивает плавное и эффективное движение. Подъемная сила действует по принципу закона Бернулли, где скорость потока жидкости связана с её давлением.
4. Ритмичное повторение: Медуза повторяет цикл сокращений и расслаблений, создавая новые вихревые кольца для постоянного движения. Если присмотреться, то видно, как медузы с легкостью подбирают частоту и амплитуду сокращений в зависимости от окружающих условий, обеспечивая себе высокую маневренность
Когда-то Леонардо да Винчи пытался понять принципы полета, изучая птиц. Подводный мир не менее удивителен. Сегодня искусственный интеллект и компьютерное моделирование, позволяют более детально исследовать гидродинамику медуз и применять эти навыки для разработки потенциальных решений.
На мой взгляд, роль биомиметики растет с каждым днем. А что думаете вы? Делитесь своими мыслями в комментариях.