Haaien en uilen zijn evolutionair op verrassend vergelijkbare manieren geoptimaliseerd. Als het om het grootste roofdier van de oceaan gaat, helpen de textuurpatronen van hun huid, bekend als ribbels, de weerstand te verminderen. Bij uilen zorgen hun kleine veren, kartels genaamd, ervoor dat ze stil kunnen vliegen terwijl ze op prooien jagen.
Hoewel natuurlijke hulpmiddelen in het verleden op biomimicry gebaseerde luchtvaartontwerpen hebben geïnspireerd, heeft een team van onderzoekers van de University of California, Berkeley en het MIT Lincoln Laboratory onlangs onderzocht of dezelfde principes kunnen worden toegepast op onderwatergereedschappen. Hun bevindingen, gepubliceerd in een nieuwe studie in Extreme mechanica brievengeven aan dat de ontwerpen kunnen worden aangepast om de gesleepte sonararrays (TSA’s) die door schepen en onderzeeërs worden gebruikt, te verbeteren.
TSA’s zijn van vitaal belang voor marineschepen die betrokken zijn bij onderwaterbeveiligings- of onderzoeksprojecten. Maar als schepen met behoorlijke snelheden beginnen te varen, kan de resulterende weerstand rond de apparatuur extra geluid veroorzaken dat de sonarmogelijkheden verstoort.
[Related: Did sonar finally uncover Amelia Earhart’s missing plane?]
Met behulp van computermodellen testten de onderzoekers verschillende ribvormen en patronen in interactie met een gesimuleerde wateromgeving. Van kalme stromingen tot de normaal onvoorspelbare stromingen in de oceanen: het team observeerde hoe gladde, driehoekige, trapeziumvormige en grillige ruggen de vloeistofdynamica en akoestiek kunnen beïnvloeden.
Van deze variaties heeft de rechthoekige vorm de meest veelbelovende resultaten opgeleverd in ruw water: het geluid is met ruim 14 procent verminderd, terwijl de weerstand met ongeveer 5 procent is verminderd. Wanneer de ribben fijner en dichter bij elkaar waren, kon de luchtweerstand met maar liefst 25 procent worden verminderd.
Deze simulaties toonden niet alleen potentiële ribpatronen voor sonarbehuizingen, maar belichtten ook nieuwe vloeistofdynamica die ten grondslag liggen aan geluidsreductie tijdens turbulente waterstromen. In een proces dat de onderzoekers ‘eddy-lifting’ noemen, worden de stromen opgetild en weggeleid van de gestructureerde oppervlakken, terwijl hun rotatiesterkte wordt verminderd.
“Deze hoogte is de sleutel tot het verminderen van de intense drukschommelingen die worden gegenereerd door de interactie tussen de waterstroom en de array-muur, wat leidt tot geluidsproductie”, zei Zixiao Wei, een afgestudeerde student werktuigbouwkunde en eerste auteur van de studie, in een recente verklaring.
Het team merkte ook op dat het toevoegen van op dieren geïnspireerde texturen aan TSA’s en andere onderwatervoertuigen niet alleen mensen zou helpen, maar ook de habitatomstandigheden voor zeedieren zou kunnen verbeteren. Systemen die afhankelijk zijn van geribbelde patronen zouden stiller kunnen werken, waardoor de kans kleiner wordt dat omliggende ecosystemen kunstmatig worden verstoord.
Dat gezegd hebbende, het is één ding om haaienhuid te simuleren; het repliceren ervan is zelfs buitengewoon moeilijk gebleken. Maar met aanvullende testen en implementatie gelooft Wei dat de nieuwe ontwerpen “het enorme potentieel van biomimicry bij het bevorderen van techniek en technologie zullen demonstreren.”