برای غافلگیری طعمه خود، برخی از گونه های پرندگان دریایی با سرعت بیش از 50 مایل در ساعت در آب شیرجه می زنند. انسان غواصی که با سرعت زیاد وارد آب می‌شود، احتمالاً صدمات جدی را متحمل می‌شود، اما پرندگانی مانند گنت‌ها و سگ‌ها، با وجود گردن باریکشان، این غواصی‌ها را با خیال راحت انجام می‌دهند.
تحقیق جدید از ویرجینیا تک به توضیح نحوه مدیریت پرندگان این شیرجه‌ها با سرعت بالا کمک می‌کند.
سانی یونگ، دانشیار مهندسی زیست پزشکی و مکانیک در کالج مهندسی و مهندسی، گفت: «ما علاقه مند بودیم که وقتی اشیا در آب فرو می‌روند چه اتفاقی می‌افتد، بنابراین به دنبال نمونه‌هایی در طبیعت گشتیم؛ گانت‌ها باورنکردنی هستند. متخصص بیومکانیک سیالات؛ او همچنین تکنیک نوشیدن غیرمعمول سگ‌ها و نحوه استفاده میگوها از حباب‌های میکروسکوپی را برای شکار مطالعه کرده است.
در یک مطالعه جدید منتشر شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، یونگ و همکارانش بیومکانیک غواصی گاننت ها را بررسی کردند. آنها دریافتند که شکل سر، طول گردن و عضلات و سرعت غواصی پرندگان به طور هماهنگ کار می کند تا اطمینان حاصل شود که نیروی آب گردن باریک آنها را کمان نمی کند.
مطالعات قبلی در مورد پرندگان غواصی بر جنبه های اکولوژیکی این رفتار شکار متمرکز شده است که "غواصی غواصی" نامیده می شود. یونگ اولین مقاله ای است که فیزیک و مهندسی بیومکانیک اساسی را بررسی می کند که به پرندگان اجازه می دهد بدون آسیب در زیر آب فرو بروند.
برای تجزیه و تحلیل شکل بدن و عضلات گردن پرنده، تیم از یک گانت نجات یافته که توسط موزه علوم طبیعی کارولینای شمالی ارائه شده بود، استفاده کردند. آنها همچنین نسخه‌های چاپ سه‌بعدی جمجمه‌های گاننت را از مجموعه‌ای در مؤسسه اسمیتسونیان ساختند که به آنها کمک کرد نیروهای وارد بر جمجمه را هنگام ورود به آب اندازه‌گیری کنند.
نیروی اولیه ای که روی سر گاننت در هنگام فرو رفتن در زیر آب وارد می شود، نیروی کشش است که با سرعت افزایش می یابد. برای تجزیه و تحلیل اینکه چه پارامترهای دیگری بر نیرویی که پرنده تجربه می کند تأثیر می گذارد، محققان یک مدل ساده از یک مخروط چاپ سه بعدی بر روی یک "گردن" لاستیکی انعطاف پذیر ایجاد کردند و این سیستم را در حوضچه ای از آب فرو بردند و زاویه مخروط و طول گردن را تغییر داد. و سرعت ضربه. ویدیوی پرسرعت نشان داد که آیا گردن خم شده است یا خیر.
برایان چانگ، دانشجوی سال چهارم دکترا از واشنگتن دی سی، که در آزمایشگاه یونگ در مقطع کارشناسی شروع به کار کرد، گفت: "این کاری است که ما انجام می دهیم: ما یک سیستم پیچیده را انتخاب می کنیم و راهی برای ساده سازی آن می یابیم."
تحلیل آنها نشان داد که انتقال از پایداری به کمانش به هندسه سر، خواص مواد گردن و سرعت ضربه بستگی دارد. در سرعت‌های معمولی غواصی، طول منقار و گردن باریک و نوک تیز پرندگان نیروی کشش را در محدوده ایمن نگه می‌داشت.
"چیزی که ما دریافتیم این است که گانت شکل سر خاصی دارد که در مقایسه با سایر پرندگان هم خانواده کشش را کاهش می دهد."
محققان همچنین کشف کردند که پرندگان با انقباض عضلات گردن قبل از ضربه، خطر کمانش را کاهش می دهند و گردن S شکل را صاف می کنند.
تیم در حال حاضر کار خود را به گونه‌های دیگر گسترش داده است.
یونگ گفت: "یکی از مفاهیم این مطالعه معیارهای ایمنی برای غواصان انسانی است".
انسان ها نسبت به گانت ها در مضیقه هستند. برخلاف منقار نوک تیز و گردن باریک پرنده، پای انسان سطح صافی ایجاد می کند که نیروی برخورد با آب را افزایش می دهد. این نیرو می تواند به اندازه کافی قوی باشد که استخوان ها را بشکند و باعث آسیب اندام و بافت شود.
همانطور که ورزش‌هایی مانند غواصی در صخره و بریج محبوب‌تر می‌شوند، تحقیقات بیومکانیک سیال می‌تواند به تعیین حداکثر ارتفاع ایمن برای غواصان انسانی کمک کند و توصیه‌هایی را برای موقعیت‌هایی که ممکن است خطر آسیب را به حداقل برسانند، ارائه دهد.
یونگ و چانگ همچنین تحقیقات خود را در مورد پرندگان غواصی، که تا حدی توسط مؤسسه فناوری حیاتی و علوم کاربردی و بنیاد ملی علوم پشتیبانی می‌شود، در کار خود با یک تیم طراحی ارشد ویرجینیا تک بر روی پروژه‌ای با الهام از گانیت به کار می‌برند. پرتابه زیر آب برای سنجش خودکار.
