Batoid rörelse
Batoider är en överordnad av broskfiskar som består av skridskor , rockor och andra fiskar som alla kännetecknas av dorsoventrally tillplattade kroppar och stora bröstfenor smälta till huvudet. Denna distinkta morfologi har resulterat i flera unika former av rörelse. De flesta batoider uppvisar median parfensimning och använder sina förstorade bröstfenor. Batoider som uppvisar medianparad fensimning faller någonstans längs ett spektrum av simlägen från mobuliform till rajiform baserat på antalet vågor som finns på deras fena samtidigt. Av de fyra beställningarna av Batoidae gäller detta mest för Myliobatiformes (strålar) och Rajiformes (skridskor). De två andra ordningarna: Rhinopristiformes och Torpediniformes uppvisar en större grad av stjärtfenssimning.
Mobuliform simning
Mobuliform simning är vanlig hos pelagiska Myliobatiformes-arter som mantor och kännetecknas av en flaxande rörelse av bröstfenorna. Den är mycket lik till utseendet flygning hos fåglar. Batoider som använder mobuliform simning kan identifieras genom sina höga bildförhållanden , tjockare bröstfenor som avsmalnar till en punkt och en sidoprofil som liknar en bärplansbåt . De är mycket effektiva simmare i öppet vatten som kan korsa stora avstånd i höga hastigheter.
Bröstfenorna på en mobuliform simstråle upplever en spännvis dorsoventral deformation som är högst vid spetsen och en kordavis resande våg . Kinematiskt mobuliform simning består av lågfrekvent flax med hög amplitud. med mindre än en vågform på fenan åt gången. För att öka hastigheten kommer pelagiska strålar att öka frekvensen av bröstflikar.
Strålar är i underläge jämfört med andra fiskar när det gäller manövrerbarhet. Deras stela kropp ger dem ett högt tröghetsmoment och deras dorsoventralt tillplattade form gör det svårt att upprätthålla svängar eftersom de inte kan ge de sidokrafter som krävs för att förhindra glidning. Banking under en sväng har visats över båda typerna av medianparad fensimning och det gör att de kan kompensera för bristen på kontrollyta som de skulle ha i en obankad sväng. Mobuliformsimmare tenderar att vara lika manövrerbara som rajiformsimmare, även om deras svängmekanik är annorlunda; de förra rör sig med glidande svängar medan de senare rör sig genom asymmetriska vågor av fenorna. Men vissa arter som Pelagic Stingray är mer manövrerbara eftersom de kan vända vågen längs fenorna och till och med simma bakåt.
I en pelagisk miljö kommer strålar att möta ytvågor. Experimentell växelverkan med inkommande vågor för Cownose-strålar har visat att strålar kommer att sluta simma och bilda en positiv dihedral med sina bröstfenor så att de kan behålla sin position i vattenpelaren . När de reser i samma riktning som en våg har det visat sig att de kommer att öka sin hastighet samtidigt som de minskar amplituden på sina fenor, vilket indikerar att de kan använda resande vågor för att öka sin simeffektivitet.
Rajiform simning
Rajiformsimmare rör sig genom att bölja de distala delarna av sina bröstfenor med flera vågformer som finns på fenan samtidigt. Detta simsätt används av demersala Batoids, som inkluderar skridskor såväl som vissa strålar. De delar en gemensam morfologi med ett lågt bildförhållande och tunna bäckenfenor. De är långsammare än mobuliforma simmare men de är några av de mest metaboliskt effektiva elasmobranchsimmare i låga hastigheter.
Det finns skillnader mellan hur skridskor och bentiska strålar använder rajiformsim. Rajiformes använder inte alltid rajiformsim. De har en andra uppsättning bäckenfenor som kallas crura på den ventrala sidan nära basen av deras saga som de använder för att i tandem trycka längs substratet medan deras disk förblir inaktiv. Denna rörelsestil är känd som punting och påminner mycket om att gå eftersom kraften verkar genereras från direkt kontakt med marken. De kan utföra asynkrona rörelser med sin crura för att göra svängar vilket förnekar behovet av att banka under svängar, vilket kan ge smygfördelar utöver den minskade vattenrörelsen. Från muskelfiberanalys framgår det att punktering kan vara ett primärt transportsätt vid låga hastigheter (cirka 1/3 kroppslängder per sekund) i vissa skridskor och rajiform rörelse kan användas i specifika situationer. Bentiska strålar är helt beroende av rajiform rörelse. svansens roll . Skridskor har större svansar med fenor på dem och de använder dem under svängar. Strålarnas svansar verkar inte ha någon funktion vid simning. Vissa rockor, kända som stingrockor , har en giftig hulling på svansen som de piskar runt för att försvara sig.
Fördelningen av pectoral tunn tjocklek är sådan att rajiformsimmare gynnas passivt av hydrodynamisk interaktion mellan substratet och deras fenor. Som sådan är simning bort från underlaget under längre perioder ohållbart. Tjockleken på bäckenfenorna är högst vid den främre delen av fenan och lägst vid de distala delarna av fenan och den bakre fenan, vanligtvis mindre än en millimeter. Dessa tunnare områden deformeras passivt vid normala hastigheter och måste hållas stela vid högre hastigheter för att begränsa maximal hållbar hastighet hos rajiformsimmare.
Body stjärtfena simning
Torpediniformes
.jpg)
Majoriteten av elektriska strålar har en distinkt stil av låghastighetssimning som består av att regelbundet röra sig upp i vattenpelaren och sedan glida ner igen. Till skillnad från Rajiformes och Myliobatiformes kommer deras framdrivning enbart från rörelsen av deras stjärtfena, som är mycket mer utvecklad än i skridskor och strålar. Skivdelen av deras kroppar används för att öka deras effektivitet under gliddelen av deras simning.
Rhinopristiformes
Rhinopristiformes är en mellangrupp mellan hajar och rockor. Det har gjorts få studier av deras simegenskaper, men det kan antas utifrån deras morfologiska likhet med hajar att de i första hand förlitar sig på kroppens stjärtfenasimning och att bröstfenorna inte genererar dragkraft.
Batoid-inspirerad design
Batoider har vissa egenskaper som skulle vara önskvärda i ett obemannat undervattensfordon . Deras rörelser gör dem till stabila plattformar för att bära nyttolaster . De tenderar att vara otroligt effektiva simmare, många arter av pelagiska rockor och även vissa bentiska arter genomför mycket långa årliga migrationer . Pelagiska arter tenderar att vara mer effektiva höghastighetssimmare medan bentiska arter är effektiva vid lägre hastigheter. Många bottenstrålar har anpassat sig för att vara otroligt smygande, de har en låg profil och skapar väldigt lite störningar när de rör sig. De har potential att generera stor dragkraft; det är detta som gör att jättemantor kan rensa vattenytan helt. Variationerna i prestanda för varje art leder till utvecklingen av en mängd olika biomimetiska automatiserade undervattensfordon (BAUV). Det finns en mängd konstruktioner baserade på pelagiska och bentiska batoider, det finns till och med några baserade på mer oklara aspekter av batoidsim, som en baserad på den unika kroppsstjärtfenans framdrivning av den elektriska strålen eller en annan som utnyttjar punkteringen som ses i skridskor. En sak som verkligen skiljer prestandan hos de biologiska och artificiella versionerna är den nyanserade flexibiliteten och aktiveringen av skivan. Olika delar av skivan är betydligt mer flexibla än andra och vissa delar är utformade för att passivt deformeras. Det är särskilt svårt att efterlikna blandningen av passiva och aktiva interaktioner mellan skivan av en rajiform och marken. Den komplexa aktiveringen av vingarna har efterliknats framgångsrikt genom en mängd olika sätt, inklusive tensegritetsstrukturer , elektroaktiva polymerer och vätskemuskler. Dessa tekniker är dock inte utvecklade till den punkt där de helt kan imitera faktiska muskler. För detta ändamål har faktiska muskler använts i en vävnadskonstruerad stråle mindre än 20 mm i diameter. Den producerades med hjälp av råttas myokardceller som efterliknade mönstret hos en rajiform simmare genom användning av mönstrade muskelövergångar.