波动动物与机器中阻力与推力的可分离性

近一个世纪以来，研究人员一直试图根据游泳运动产生的向前推力与身体受到的阻力之间的平衡来理解水生动物的游泳。先前的方法未能为波动游泳者（如七鳃鳗和鳗鱼）提供这两种力的分离，在这些生物中，身体大部分区域同时产生阻力和推力。然而，我们证明了这种分离是可行的，并阐明了其在波动游泳者中的基本原理。我们的方法统一了多种多样的波动水生动物（鳗鲡型、亚鲹型、裸背电鳗型、鲼型、鳐型），并为高敏捷度的仿生水下航行器提供了设计原则。该方法在生物学和工程学中均具有实用价值。它是理解运动力学在形态特征进化涌现中所起作用的预测工具，这些形态特征与运动相关。例如，我们证明了阻力 - 推力分离框架有助于预测电刀鱼观察到的带状鳍高度，电刀鱼是新热带鱼类中一个多样化的类群，也是感觉神经生物学中的重要模型系统。我们还展示了阻力 - 推力分离如何导出能够预测生物体或机器人航行器游泳速度的模型。