Avec leur corps comprimé et leurs nageoires pectorales souples, les raies pastenagues ont évolué pour être parmi les nageurs les plus efficaces de la nature. Les scientifiques se sont longtemps interrogés sur le rôle joué par leurs yeux et leur bouche saillants, dont on pourrait s'attendre à des inconvénients hydrodynamiques.

Dans Physique des fluides , Des chercheurs chinois et sud-coréens détaillent comment de telles caractéristiques sur des raies pastenagues simulées affectent une gamme de forces impliquées dans la propulsion, comme la pression et le tourbillon. Malgré ce à quoi on pourrait s'attendre, le groupe a trouvé ces caractéristiques saillantes pour aider à rationaliser encore plus les raies pastenagues.

"L'influence des yeux et de la bouche saillants en 3D sur une raie flexible automotrice et son mécanisme hydrodynamique sous-jacent ne sont pas encore entièrement compris, " a déclaré l'auteur Hyung Jin Sung, de l'Institut avancé coréen des sciences et de la technologie. « Dans la présente étude, le bénéfice hydrodynamique des yeux et de la bouche saillants a été exploré pour la première fois, révélant le rôle hydrodynamique des yeux et de la bouche saillants."

Pour illustrer l'interaction complexe entre les forces hydrodynamiques, les chercheurs se sont mis au travail en créant un modèle informatique d'une plaque flexible automotrice. Ils ont "serré" l'extrémité avant du modèle, puis l'ont forcé à imiter les oscillations harmoniques de haut en bas que les raies utilisent pour se propulser.

Pour recréer l'effet des yeux et de la bouche sur l'eau environnante, l'équipe a simulé plusieurs plaques rigides sur le modèle. Ils ont comparé ce modèle à un modèle sans yeux ni bouche en utilisant une technique appelée méthode des limites immergées par pénalité.

« Gérer la nage aléatoire des poissons et isoler l'objectif de mesure souhaité à partir de nombreux facteurs est difficile, " dit Sung. " Pour surmonter ces limitations, la méthode des limites immergées par pénalité a été adoptée pour trouver les avantages hydrodynamiques des yeux et de la bouche saillants. »

Le groupe a découvert que les yeux et la bouche généraient un vortex de flux dans le sens avant-arrière, qui a augmenté la pression négative à l'avant de l'animal simulé, et un vortex latéral qui augmentait la différence de pression entre le dessus et le dessous de la raie. Le résultat a été une poussée accrue et une croisière accélérée.

Une analyse plus poussée a montré que les yeux et la bouche augmentaient l'efficacité globale de la propulsion de plus de 20,5% et 10,6%, respectivement.

Sung et son équipe espèrent que leur travail, poussé par la curiosité, alimente davantage l'intérêt pour l'exploration des phénomènes fluides dans la nature. Ils cherchent à trouver des moyens d'adapter cela pour les conceptions de véhicules aquatiques de nouvelle génération basées plus étroitement sur les animaux marins.