Российские учёные раскрыли, как рыбы держат глубину «на автопилоте» — и применили это к... — 11 сентября 2026 г. в 12:00:08.073
Российские учёные раскрыли, как рыбы держат глубину «на автопилоте» — и применили это к подводным дронам 🐡 Рыбы с плавательным пузырём находятся в довольно странном положении. Сам орган, который должен помогать им держаться на нужной глубине, на самом деле делает их равновесие неустойчивым. Это заметили ещё физиологи XIX века. При погружении давление воды растёт, газ в пузыре сжимается по закону Бойля — рыба теряет плавучесть и продолжает тонуть. При всплытии происходит обратное: пузырь раздувается, и рыбу тянет наверх ещё сильнее. Медленная физиологическая регуляция объёма газа через специальные железы занимает часы, так что во время активных перемещений по глубине рыба долгое время остаётся далека от нейтральной плавучести. Тем не менее рыбы прекрасно держат глубину. Команда физиков из МФТИ, Российского государственного научного центра робототехники и технической кибернетики в Санкт-Петербурге и университета НЕЙМАРК в Нижнем Новгороде решила разобраться, за счёт чего это происходит, и опубликовала результаты в журнале Scientific Reports. Гипотеза авторов заключалась в том, что дело не в самом пузыре, а в его сочетании с обычным поступательным движением. Когда рыба плывёт вперёд, на её тело и плавники действует подъёмная сила, примерно как крыло самолёта создаёт подъём за счёт набегающего потока воздуха. Учёные построили математическую модель, в которой тело рыбы описывается двумя ключевыми параметрами: положением плавательного пузыря относительно центра масс и точкой приложения подъёмной силы. С помощью классического критерия устойчивости Рауса–Гурвица они аналитически вывели условия, при которых система, пузырь плюс движение, становится стабильной. Результат оказался вполне конкретным. Стабилизация возможна только выше определённого порога скорости, и этот порог напрямую зависит от геометрии тела: где именно расположены пузырь и «плавники» относительно центра масс. Просто плыть быстрее недостаточно — нужно, чтобы оба элемента были смещены в сторону хвоста определённым образом. При неудачной геометрии система вообще никогда не стабилизируется, сколько бы скорость ни росла. Причём скорость не может расти бесконечно. Исследователи обнаружили два разных сценария, при которых стабильность теряется. На малой скорости плавательный пузырь слишком «мягкий» — не хватает эффекта жёсткости, удерживающего тело от вращения, и аппарат не может держать глубину. А вот на чрезмерно высокой скорости при неподходящей геометрии возникает уже другая проблема — колебательная неустойчивость, когда тело начинает раскачиваться со всё нарастающей амплитудой. Получается, что для каждой конкретной конструкции существует своё «рабочее окно» скоростей, в котором пассивная стабилизация действительно работает, — и учёные вывели формулу, позволяющую это окно рассчитать заранее. Продолжение статьи ⬇️