Die meisten Menschen denken bei der Geburt nicht an die Fluiddynamik. Aber Megan Leftwich tut es.
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Der Professor für Maschinenbau und Weltraumtechnik an der George Washington University in Washington, DC, untersucht biologisch inspirierte Strömungen, beispielsweise die Mechanismen, die es Fischen ermöglichen, zu schwimmen, oder die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und anderen Kräften, wenn ein Baby den Geburtskanal passiert.
Nachdem Leftwich die Schwimmmuster der Seelöwen während eines Familienausflugs in den Smithsonian National Zoo beobachtet hatte, begann er über die Methode der Seelöwen nachzudenken, mit ihren Vorderflossen und nicht mit ihren Hinterflossen zu schwimmen. Die Säugetiere sind leistungsfähige Schwimmer und produzieren fast keine Spur . In Zusammenarbeit mit dem National Zoo filmte Leftwich die Seelöwen, zeichnete das anmutige Klatschen ihrer Flossen nach und entwarf einen Flossenroboter, der die Bewegung nachahmt. Sie hofft, bis Ende des Sommers einen funktionierenden Prototypen zu haben.
Der Roboterflipper folgt in einer langen Reihe von Erfindungen, die von der Natur inspiriert wurden. Ingenieur George de Mestral untersuchte den stacheligen Kopf einer Klettenpflanze unter einem Mikroskop und patentierte 1955 Klettverschlüsse. In jüngerer Zeit inspirierte der Glanz von Schmetterlingsflügeln einen Bildschirm für E-Reader. Die Evolution hat bereits viele der Probleme gelöst, denen wir auf die eine oder andere Weise für andere Lebewesen begegnen.
Letztendlich stellt sich Leftwich unbemannte Fahrzeuge mit Roboterflossen anstelle von Propellern vor, mit denen beispielsweise Unterwasser-Minenfelder erkundet werden können, ohne große Störungen zu verursachen, die lebende Bomben auslösen und Schiffe so effizient erforschen, dass sie mit einer Batterie große Entfernungen zurücklegen können.
Wie inspiriert Sie die Natur?
Ich bin so inspiriert von der natürlichen Welt, weil wir in ihr leben und sie die ganze Zeit sehen. Es ist wirklich einfach für mich, Blätter im Wind zu sehen und dann zu überlegen: "Huh, ich frage mich, wie viel Kraft dieses Blatt aushalten kann, bevor es abgerissen wird?" Diese Fragen kann ich bis zu einem gewissen Grad leben, und so sehe ich immer etwas Neues, das ich erforschen kann. Ich bin fasziniert von der Art und Weise, wie der natürliche Prozess, diese Evolution, so viele Lösungen für so viele verschiedene Probleme gefunden hat. Wenn ich herausfinden kann, wie diese Lösung funktioniert, ob die Form einer Blume oder eines Grases in einer bestimmten Richtung mit den Flüssigkeiten um sie herum in Wechselwirkung tritt, kann ich ein Problem untersuchen.
Warum studierst du Organismen, die schwimmen?
Viele Fische schwimmen nur, indem sie mit der Schwanzflosse schlagen, aber Delfine und Wale schlagen sie auf und ab. Tintenfische und Quallen ziehen sich zusammen und schießen einen Strahl ab, und Seeschlangen bewegen ihren ganzen Körper auf und ab. Selbst mit dieser einen Idee, sich durch Wasser zu bewegen, haben wir bereits so viele Lösungen. Ich war wirklich daran interessiert, was die grundlegende Verbindung zwischen all diesen Lösungen ist.
Seelöwen treiben sich mit ihren Vorderflossen so voran, dass sehr wenig Nachlauf entsteht. (Jon Betz) Können Sie die Manöver der Seelöwen beschreiben?
Seelöwen sind großartige Schwimmer. Sie sind sehr wendig und sehr verspielt, so dass sie Dinge wie sehr enge Kurven machen können, in denen sie vorwärts gehen, und plötzlich drehen sie sich auf und machen 180 Grad in einem sehr engen Radius. Wenn sie vorwärts gehen und plötzlich etwas hinter sich sehen wollen, ziehen sie den Kopf hoch und machen einfach einen Backflip und gehen in die andere Richtung. Sie machen Trommelwirbel und drehen mit der Nase als Achse. Sie sind extrem wendig.
Da sie mit ihren Vorderflossen schwimmen und nicht mit ihren Schwänzen, erzeugen sie nicht die typische Spur, die Sie hinter einem Fisch, einem Delphin oder einem Wal erwarten. Und wenn wir verstehen, wie sie das tun, und wir das zum Beispiel in ein unbemanntes Fahrzeug einbauen können, könnten wir ein Fahrzeug schaffen, das im Wasser viel schwerer zu erkennen ist, etwas, das hydrodynamisch leise ist.
Wie war es, die Seelöwen im National Zoo zu treffen?
Nicht viele Menschen haben die Möglichkeit, einen Seelöwen zu streicheln. Ich dachte, sie wären schleimig, aber das waren sie nicht. Es war wie ein nasser Dobermann-Pinscher.
Nachdem wir fast zwei Jahre lang mit Seelöwen gearbeitet hatten, war es wirklich aufschlussreich zu sehen, wie sich das Fell von Seelöwen anfühlt, und dieses Problem zu verstehen, das wir auf einem Computerbildschirm oder zumindest durcharbeiten sechs Zoll Glas.
Leftwich studiert Film der Seelöwen des National Zoos. (Jon Betz) Betrachten Sie sich als Innovator?
Ich löse nicht immer ein Problem, aber ich glaube wirklich, dass ich die Probleme der Zukunft löse. Ich denke, diese Wissensbasis wird Lösungen für Probleme liefern, von denen wir nicht einmal wissen, dass sie wir haben oder die wir haben und die wir momentan nicht lösen möchten. Vielleicht ist die hohe Rate an chirurgischen Eingriffen in unserem Land kein großes Problem, aber es ist ein Problem, und wenn wir eine bessere Lösung hätten, wäre das nicht wunderbar? Ich denke definitiv, dass ich viel nach grundlegender Physik suche, bei der die Leute nicht glauben, dass sie existiert.
