Hai mai visto gli animali acquatici saltare fuori dall'acqua e ti chiedi come riescono a farlo in un modo così snello e aggraziato? Un gruppo di ricercatori specializzati nell'ingresso e l'uscita dell'acqua in natura si è posto la stessa domanda e sta esplorando le condizioni fisiche specifiche necessarie affinché gli animali possano saltare fuori dall'acqua con successo.
Durante la 71a riunione annuale della Divisione di Fluidodinamica dell'American Physical Society, che si svolgerà dal 18 al 20 novembre presso il Georgia World Congress Center di Atlanta, Georgia, Sunghwan Jung, professore associato di biologia e ingegneria ambientale alla Cornell University, e uno dei suoi studenti, Brian Chang, presenteranno il loro lavoro progettando un sistema robotico ispirato al salto di copepodi (piccoli crostacei) e rane per illuminare alcune delle dinamiche dei fluidi in gioco quando gli animali acquatici saltano.
"Abbiamo raccolto dati su animali acquatici di diverse dimensioni, da circa 1 millimetro a decine di metri, che saltano fuori dall'acqua, e sono stati in grado di rivelare come le loro altezze massime di salto siano correlate alla loro dimensione corporea, " disse Jung.
In natura, gli animali si muovono spesso dentro e fuori dall'acqua per vari scopi, tra cui sfuggire ai predatori, catturare la preda, o comunicare. "Ma poiché l'acqua è 1, 000 volte più denso dell'aria, entrare o uscire dall'acqua richiede molto sforzo, così gli animali acquatici affrontano sfide meccaniche, " disse Jung.
Come un oggetto, come un delfino o un copepode, salta attraverso l'acqua, viene aggiunta massa, una quantità denominata "massa d'acqua trascinata". Questa massa d'acqua trascinata viene incorporata e viene trascinata nel flusso dei corpi degli animali acquatici. Il gruppo ha scoperto che la massa d'acqua trascinata è importante perché limita l'altezza massima di salto degli animali.
"Stiamo cercando di capire come i sistemi biologici siano in grado di capire e superare in modo intelligente queste sfide per massimizzare le loro prestazioni, che potrebbe anche far luce sui sistemi di ingegneria per entrare o uscire dalle interfacce aria-acqua, " disse Jung.
La maggior parte degli animali acquatici è aerodinamica, limitare l'effetto della massa d'acqua trascinata, così l'acqua scivola facilmente dai loro corpi. "Ecco perché sono così bravi saltatori, " ha detto Jung. "Ma quando abbiamo realizzato e testato un sistema robotico simile agli animali che saltano, non saltava tanto quanto gli animali. Come mai? Il nostro robot non è così snello e trasporta molta acqua con sé. Immagina di uscire da una piscina con un cappotto bagnato:potresti non essere in grado di camminare a causa del peso dell'acqua".
Il robot del gruppo presenta un design semplice simile a un cardine di una porta con un elastico. Un elastico è avvolto attorno al perimetro esterno della cerniera di una porta stampata in 3D, mentre un minuscolo filo che trattiene la cerniera della porta gli consente di ribaltarsi quando il fluido viene spinto verso il basso. "Questo robot mostra l'importanza dell'acqua trascinata mentre un oggetto salta fuori dall'acqua, " Egli ha detto.
Prossimo, il gruppo modificherà e farà avanzare il proprio sistema robotico in modo che possa saltare fuori dall'acqua ad altezze più elevate simili a quelle raggiunte da animali come copepodi o rane. "Questo sistema potrebbe quindi essere utilizzato per la sorveglianza in prossimità di bacini idrici, " disse Jung.
