曲率诱导的鱼鳍刚度增强
流体动力学
2017-06-01 v3 软凝聚态物质
生物物理
摘要
鱼类在运动操控中如何调节其鳍的刚度仍不为人知。我们展示了改变鳍的曲率可调节其刚度。将鳍建模为由薄膜连接的可弯曲骨质鳍条，我们推断鳍的曲率表现为相邻鳍条间主弯曲轴的错位。外力导致相邻鳍条弯曲并张开，从而拉伸薄膜。这种鳍条弯曲与薄膜拉伸之间的耦合是刚度增加的基础。通过对鲐鱼（Scomber japonicus）胸鳍的三维重建进行分析，我们计算了该鳍通过改变曲率预期可达到的刚度范围。三维重建显示，即使在其几何平坦状态下，由于单个鳍条的形态特征，鳍的微结构中已嵌入了功能性曲率。由于推进表面向周围流体传递力的能力受限于其刚度，鳍的曲率控制了鱼与其周围流体之间的耦合。因此，我们的结果为以下假说提供了力学基础和形态学预测：鳍所能达到的刚度范围与鱼类的行为及生态位相关。
引用
@article{arxiv.1608.05891,
title = {Curvature-induced stiffening of a fish fin},
author = {Khoi Nguyen and Ning Yu and Mahesh M. Bandi and Madhusudhan Venkadesan and Shreyas Mandre},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.05891},
year = {2017}
}