De bästa mänskliga löparna specialiserar sig - med vissa ägnade sig åt att täcka ultralånga avstånd medan andra fokuserar på blixtens hastighet över några meter.

I det öppna havet, fastän, tonfisk kan göra både och – som mycket effektiva simmare, de kan migrera tusentals mil över Stilla havet från Kalifornien till Japan, men när de är hotade eller på jakt, de är också bland de snabbaste fiskarna i vattnet, kan nå hastigheter på nästan 50 miles per timme.

Men för forskare, som George Lauder, som hoppas att bättre förstå hur fiskar rör sig genom att utveckla robotar för att modellera sin undervattensgång, "den flexibiliteten har varit otroligt svår att fånga fram till nu.

Henry Bryant Bigelow professor i iktyologi, Lauder och ett team av forskare från University of Virginia utvecklade "Tunabot, " den första robottonfisken som exakt kan efterlikna både den mycket effektiva simstilen hos tonfisk och deras höga hastighet. Roboten beskrivs i en tidning publicerad i Vetenskapsrobotik .

"Folk har kommit på några komplicerade sätt att bygga fiskrobotar. Vissa kan röra sig ganska snabbt, men de tar stora mängder kraft, " Lauder förklarade. "Vi ville skapa något som kunde approximera energikraven på fisken och röra sig effektivt över en rad hastigheter.

"Det är som en Porsche som går genom Cambridge-trafiken, " sa Lauder. "Det går inte 100 miles per timme, men den kan gå till banan och prestera på hög nivå. Tonfisk är i princip som Porsche, de är högpresterande fiskar som har förmågan att röra sig relativt långsamt och effektivt, men de är glada att trappa upp det."

Utmaningen, Lauder sa, var med att designa en mekanism som effektivt kunde omvandla en motors rotation till att flaxa från sida till sida av en fisksvans – och lösningen visade sig vara förvånansvärt enkel.

"Ett team ledd av Hilary Bart-Smith, professor vid UVA Engineerings institution för maskin- och rymdteknik, gjorde det genom att fästa en böjd axel på motorn, " sa Lauder. "Så det är extremt enkelt, och det visade sig vara mycket effektivt och mycket strömsnålt. Det hela kostar bara cirka 100 dollar."

Och med tester utförda i Lauders labb, UVA-teamet kunde visa att robotens prestanda och energiförbrukning liknar den för levande fisk.

Faktiskt, Lauder sa, Tunabot var så energieffektiv att med endast strömmen från ett iPhone-batteri, den kunde simma så långt som cirka 5½ mil. Samma robot, fastän, var också kapabel till mycket snabb rörelse, flaxar med svansen så många som 15 gånger per sekund.

"Du kan tänka på det som miles per gallon, väsentligen, " sa Lauder. "Vi vill ha något som är fiskliknande i prestanda så att vi kan förstå hur svansen på en tonfisk fungerar, så att vi kan visualisera flödet över svansen, och det är svårt att göra i en levande tonfisk."

Det betyder inte att laget inte jämförde Tunabot med sina biologiska kusiner.

"Vi jämförde detta kvantitativt med data från levande gulfenad tonfisk, Lauder förklarade. "Det finns en grupp på Rhode Island som odlar gulfenad tonfisk, och vi kunde åka dit och jämföra roboten med 2 meter lång tonfisk. Det är ovanligt, för ett robotpapper att ha biologiska kvalitetsdata för exakta jämförelser."

I sista hand, Lauder sa, förhoppningen är att Tunabot kommer att bidra till att kasta ljus över biomekaniken i hur fiskar i öppet hav simmar." Det har alltid varit ett av målen med projektet, ", sa han. "Det finns ett antal fiskrobotar som har designats för en mängd olika ändamål, men … det har varit svårt att utveckla robotar som på något sätt närmar sig prestanda hos fiskar i öppet hav. Idén att utforska detta höghastighetsprestandautrymme, som inte hade gjorts tidigare, och det är vårt största bidrag."

Den här historien är publicerad med tillstånd av Harvard Gazette, Harvard Universitys officiella tidning. För ytterligare universitetsnyheter, besök Harvard.edu.