美国加利福尼亚大学圣迭戈分校等机构研究人员在美国《国家科学院学报》上发表论文说,科学界长期以来认为鱼类悬停水中是休息状态,但实验发现,鱼类在悬停时消耗的能量几乎是静止休息(即鱼类靠着水底支撑重量)时的2倍,因为需要不断划动鱼鳍维持身体稳定。
研究人员给13种带鱼鳔的鱼做实验,每条鱼放入专门设计的水箱,记录它们主动悬停和静止休息时的氧气消耗情况。鱼悬停时用高速摄像机拍摄,捕捉每条鱼鱼鳍的运动方式及划动频率。另外还测量每条鱼的形态,特别是鱼的重心与浮心(与鱼鳔的位置和形状有关)间的距离,量化鱼类的稳定性水平。
结果发现,尽管鱼鳔产生的浮力能让鱼类几乎处于“失重”状态,但重心与浮心不重合会导致鱼类身体倾斜或翻滚,迫使它们必须持续划动鳍来维持姿态。重心与浮心距离越大的鱼种,在悬停时消耗的能量也越多,这表明对抗不稳定性是悬停耗能的一个关键因素。
此外,鱼类的体形和胸鳍位置也影响悬停效率。细长鱼类悬停效率较低。胸鳍位置更靠后的鱼在悬停时一般耗能更少,研究人员认为这可能与杠杆效应更好有关。
研究人员说,这些发现可用于设计水下机器人和其他设备。以往水下机器人的设计倾向于追求高度稳定的紧凑形状,但就像鱼类一样,更稳定的形状往往意味着更差的机动性。如果想让水下机器人能在狭小空间中灵活穿梭,可以设计成“不稳定”的构型,由系统不断调节。