鲨鱼皮和猫头鹰羽毛或能启发人们发明更安静的水下声纳

鲨鱼和猫头鹰在进化过程中有着惊人的相似之处。作为海洋中的顶级捕食者，它们皮肤上的纹理图案（称为肋状纹）有助于减少阻力。猫头鹰身上的细小羽脊（称为锯齿状纹）让它们在捕食时可以安静地飞行。

尽管这些天然辅助设备在过去曾启发过基于仿生学的航空设计，但来自加州大学伯克利分校和麻省理工学院林肯实验室的合作研究小组最近研究了这些相同的原理是否也适用于水下工具。他们的研究结果发表在《极端力学快报》的一项新研究中，表明这些设计可以用于改进船舶和潜艇使用的拖曳式声纳阵列 (TSA)。

TSA 对于从事水下安全或勘探项目的船舶至关重要。但如果船舶开始以适当的速度巡航，设备周围的阻力会产生额外的噪音，干扰声纳功能。

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研究人员利用计算模型测试了各种沟槽形状和图案与模拟水环境的相互作用。从平静的水流到海洋中常见的不可预测的水流，该团队观察了光滑、三角形、梯形和扇形沟槽对流体动力学和声学的影响。

在这些变体中，矩形形状在波涛汹涌的水中表现出了最有希望的效果——噪音减少了 14% 以上，同时阻力减少了大约 5%。当肋条更细、彼此更接近时，阻力可以再减少多达 25%。

这些模拟不仅展示了声纳外壳的潜在沟槽图案，还阐明了湍流水流期间降噪的新流体动力学。在研究人员称之为“涡流提升”的过程中，水流被提升并重新定向远离纹理表面，同时还降低了它们的旋转强度。

机械工程研究生、研究第一作者 Zixiao Wei 在最近的一份声明中表示：“这种升高对于减少由水流和阵列壁相互作用而产生的强烈压力波动至关重要，从而产生噪音。”

研究团队还指出，在 TSA 和其他水下航行器上添加动物风格的纹理不仅能帮助人类，还能改善海洋野生动物的栖息地条件。依赖肋状图案的系统可以实现更安静的运行，从而减少人为干扰周围生态系统的可能性。

尽管如此，模拟鲨鱼皮是一回事——事实证明，复制它极其困难。但随着进一步的测试和部署，魏相信新设计将展示“仿生技术在推进工程和技术方面的巨大潜力”。