Bläckfiskar och andra bläckfiskar använder en form av jetframdrivning som inte är väl förstådd, speciellt när det kommer till deras hydrodynamik under turbulenta flödesförhållanden. Att upptäcka deras hemligheter kan hjälpa till att skapa nya konstruktioner för bioinspirerade undervattensrobotar och fordon som behöver arbeta i denna miljö.

Forskare i Skottland, USA., och Kina undersöker den grundläggande mekanismen bakom bläckfiskarnas pulserande jetframdrivning. I Vätskors fysik , gruppen beskriver sin numeriska studie av jetframdrivning av bläckfiskar med turbulent flöde övervägt för första gången. Bland deras upptäckter, de fann att dragkraftsproduktion och effektivitet är underskattade inom laminar, eller icke-turbulent, flöden.

Modellen för denna forskning är en 2D-bläckfiskliknande simmare som har en flexibel mantelkropp med en tryckkammare och ett munstycke som fungerar som inlopp och utlopp för vatten. En yttre kraft, som efterliknar bläckfiskmuskelns sammandragning, appliceras på modellens flexibla mantelyta.

"Som ett resultat, kroppens inre volym minskar och vatten inuti kammaren sprutas ut för att bilda ett jetflöde, sa Yang Luo, en av författarna och en forskningsassistent vid University of Strathclyde i Glasgow, Skottland. "Bläckfisken drivs framåt av den starka strålen i motsatt riktning, då blåses manteln upp automatiskt som ett resultat av lagrad elastisk energi. Under uppblåsning av manteln, vatten sugs in i kammaren och kastas ut under nästa tömning av manteln."

Jetframdrivning kan vara effektivare när turbulent flöde beaktas, enligt Luo. Gruppen upptäckte också symmetribrytande instabilitet hos virvlar runt jettern, som sänder ut vattenstrålar, efter flera kontinuerliga jetcykler.

"Detta kan hjälpa till att ge en bättre förståelse för varför burst-and-coast simning används av unga och vuxna bläckfiskar som verkar i turbulenta flöden oftare jämfört med bläckfiskkläckningar som verkar inom laminära flöden, sa Luo.

Utöver jetframdrivning, unga och vuxna bläckfiskar förlitar sig också på fenoscillation på huvudet för att simma ganska ofta. Gruppen fann att denna burst-and-coast-stil kan hjälpa bläckfiskar att undvika den symmetribrytande instabiliteten i den omgivande flödesvirveln som kan orsaka försämring av dragkraften och effektiviteten.

"Fynden av vårt arbete om mekanismen för symmetribrytande instabilitet ger vägledning för design av bläckfiskinspirerade undervattensrobotar och fordon, ", sa Luo. "Kontinuerlig jetframdrivning kanske inte är gynnsam, och specifika åtgärder behövs för att mildra effekten av denna instabilitet under utformningen av jetframdrivningsinspirerade undervattensfarkoster eller framdrivare via aktiv kontroll av kroppsdeformation för att förändra utvecklingen av det interna virvelmönstret."

Kommer vi att se nya jetframdrivningsbaserade ubåtar snart?

"Det är svårt att avgöra just nu, " sa Luo. "Men som en relativt mindre omfattande undersökt form av undervattensframdrivning, det är fördelaktigt i form av en enkel mekanism för effektiv omedelbar flykt och hög manövrerbarhet. Detta gör det lovande att integrera med typiska propellrar framdrivning för att uppnå manövrerbarhet på begäran."