Com seus corpos comprimidos e nadadeiras peitorais flexíveis, as arraias evoluíram para estar entre os nadadores mais eficientes da natureza. Os cientistas há muito se perguntam sobre o papel desempenhado por seus olhos e boca protuberantes, que se poderia esperar que fossem desvantagens hidrodinâmicas.

No Física dos Fluidos , Pesquisadores chineses e sul-coreanos detalham como tais características em arraias simuladas afetam uma gama de forças envolvidas na propulsão, como pressão e vorticidade. Apesar do que se poderia esperar, o grupo encontrou esses recursos protuberantes para ajudar a otimizar ainda mais as arraias.

"A influência dos olhos e da boca salientes em 3D em uma arraia flexível autopropelida e seu mecanismo hidrodinâmico subjacente ainda não são totalmente compreendidos, "disse o autor Hyung Jin Sung, do Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coreia. "No presente estudo, o benefício hidrodinâmico de olhos e boca protuberantes foi explorado pela primeira vez, revelando o papel hidrodinâmico de olhos e boca protuberantes. "

Para ilustrar a complexa interação entre as forças hidrodinâmicas, os pesquisadores começaram a trabalhar criando um modelo de computador de uma placa flexível autopropelida. Eles "prenderam" a extremidade dianteira do modelo e, em seguida, forçaram-no a imitar as oscilações harmônicas para cima e para baixo que as arraias usam para se propelirem.

Para recriar o efeito dos olhos e da boca na água ao redor, a equipe simulou várias placas rígidas no modelo. Eles compararam este modelo com um sem olhos e boca usando uma técnica chamada método de limite imerso de penalidade.

"Gerenciar peixes nadando aleatoriamente e isolar o propósito de medição desejado de vários fatores são difíceis, "Sung disse." Para superar essas limitações, o método de limite imerso de penalidade foi adotado para encontrar os benefícios hidrodinâmicos dos olhos e boca protuberantes. "

O grupo descobriu que os olhos e a boca geravam um vórtice de fluxo para a frente e para trás, que aumentou a pressão negativa na frente do animal simulado, e um vórtice lateral que aumentou a diferença de pressão entre acima e abaixo da arraia. O resultado foi maior empuxo e cruzeiro acelerado.

Uma análise posterior mostrou que os olhos e a boca aumentaram a eficiência geral de propulsão em mais de 20,5% e 10,6%, respectivamente.

Sung e sua equipe esperam seu trabalho, movido pela curiosidade, além disso, desperta o interesse em explorar fenômenos de fluidos na natureza. Eles estão procurando maneiras de adaptar isso para projetos de veículos aquáticos de próxima geração baseados mais em animais marinhos.