Animal Locomotion

اصول فیزیکی شنا و پرواز در حیوانات به طرز جالبی با کشتی ها و هواپیماها متفاوت است. بنابراین مطالعه حرکت حیوانات نه تنها در مرزهای تحقیقات دینامیک سیالات خالص، بلکه در زمینه کاربردی بیومیمتیک، که با هدف تقلید جنبه‌های برجسته عملکرد و عملکرد موجودات زنده، جایگاه ویژه‌ای دارد. به عنوان مثال، بارهای دینامیکی سیال برای ماهی های شنا به قدری قابل توجه است که انتظار می رود از طریق فرآیند تکاملی سازگاری با انتخاب طبیعی، روش های کنترل جریان کارآمدی را توسعه دهند، که ممکن است به نوبه خود در طراحی شناگران روباتیک اعمال شود. و با این حال، دیدگاه‌های کاملاً متضاد در مورد کارایی انرژی نیروی محرکه نوسانی - به ویژه برای حیوانات دریایی - نیاز به ارزیابی دقیق نیروها و انرژی صرف شده در اعداد واقعی رینولدز دارد. برای این و بسیاری از سؤالات پژوهشی دیگر، رویکرد تجربی اغلب مناسب ترین روش است. این برای حیوانات پرنده به اندازه حیوانات شنا صدق می کند، و چالش های آزمایشی مشابهی نیز اعمال می شود - مطالعه بهم متصل به جای حرکت آزاد، یا مطالعه جریان اطراف مدل های رباتیک در مقابل حیوانات واقعی. این کتاب تصویری گسترده از آخرین هنر در تحقیقات تجربی در مورد فیزیک حیوانات شنا و پرواز ارائه می دهد. تصویر حاصل نه تنها به سوالاتی که در تحقیقات ناب و کاربردی فعلی مورد علاقه هستند، بلکه بر تکنیک های تجربی موجود برای پاسخ به آنها نیز منعکس می شود.

The physical principles of swimming and flying in animals are intriguingly different from those of ships and airplanes. The study of animal locomotion therefore holds a special place not only at the frontiers of pure fluid dynamics research, but also in the applied field of biomimetics, which aims to emulate salient aspects of the performance and function of living organisms. For example, fluid dynamic loads are so significant for swimming fish that they are expected to have developed efficient flow control procedures through the evolutionary process of adaptation by natural selection, which might in turn be applied to the design of robotic swimmers. And yet, sharply contrasting views as to the energetic efficiency of oscillatory propulsion – especially for marine animals – demand a careful assessment of the forces and energy expended at realistic Reynolds numbers. For this and many other research questions, an experimental approach is often the most appropriate methodology. This holds as much for flying animals as it does for swimming ones, and similar experimental challenges apply – studying tethered as opposed to free locomotion, or studying the flow around robotic models as opposed to real animals. This book provides a wide-ranging snapshot of the state-of-the-art in experimental research on the physics of swimming and flying animals. The resulting picture reflects not only upon the questions that are of interest in current pure and applied research, but also upon the experimental techniques that are available to answer them.