Con i loro corpi compressi e le pinne pettorali flessibili, le razze si sono evolute per essere tra i nuotatori più efficienti della natura. Gli scienziati si sono a lungo interrogati sul ruolo svolto dai loro occhi e dalla bocca sporgenti, quali ci si potrebbe aspettare che siano svantaggi idrodinamici.

In Fisica dei fluidi , Ricercatori cinesi e sudcoreani descrivono in dettaglio come tali caratteristiche sulle razze simulate influenzino una serie di forze coinvolte nella propulsione, come pressione e vorticità. Nonostante quello che ci si potrebbe aspettare, il gruppo ha scoperto che queste caratteristiche sporgenti aiutano a semplificare ulteriormente le razze.

"L'influenza degli occhi e della bocca sporgenti 3D su una pastinaca flessibile semovente e il suo meccanismo idrodinamico sottostante non sono ancora completamente compresi, " ha detto l'autore Hyung Jin Sung, dal Korea Advanced Institute of Science and Technology. "In questo studio, è stato esplorato per la prima volta il beneficio idrodinamico di occhi e bocca sporgenti, rivelando il ruolo idrodinamico degli occhi e della bocca sporgenti."

Per illustrare la complessa interazione tra le forze idrodinamiche, i ricercatori si sono messi al lavoro creando un modello al computer di una piastra flessibile semovente. Hanno "bloccato" la parte anteriore del modello e poi lo hanno costretto a imitare le oscillazioni armoniche su e giù che le razze usano per spingersi.

Per ricreare l'effetto di occhi e bocca sull'acqua circostante, il team ha simulato più piastre rigide sul modello. Hanno confrontato questo modello con uno senza occhi e bocca usando una tecnica chiamata metodo del limite immerso nella penalità.

"Gestire pesci che nuotano casualmente e isolare lo scopo della misurazione desiderato da numerosi fattori è difficile, " ha detto Sung. "Per superare questi limiti, è stato adottato il metodo del limite immerso nella penalità per trovare i benefici idrodinamici degli occhi e della bocca sporgenti."

Il gruppo ha scoperto che gli occhi e la bocca generavano un vortice di flusso in avanti-indietro, che ha aumentato la pressione negativa nella parte anteriore dell'animale simulato, e un vortice da lato a lato che ha aumentato la differenza di pressione tra sopra e sotto la pastinaca. Il risultato è stato una maggiore spinta e una crociera accelerata.

Ulteriori analisi hanno mostrato che gli occhi e la bocca hanno aumentato l'efficienza complessiva della propulsione di oltre il 20,5% e il 10,6%, rispettivamente.

Sung e il suo team sperano nel loro lavoro, spinto dalla curiosità, alimenta ulteriormente l'interesse nell'esplorazione dei fenomeni fluidi in natura. Stanno cercando di trovare modi per adattarlo ai progetti di veicoli nautici di prossima generazione basati più da vicino sugli animali marini.