Лучи плавника веслоноса вращаются на 360°: анатомия для роботов

Каждый луч спинного плавника веслоноса сидит на шаровом шарнире и может поворачиваться на 360 градусов. Это выяснила группа биологов и инженеров под руководством Габриэла Афонсу и Уильяма Бемиса из Корнеллского университета, изучив восемь музейных экземпляров гигантского веслоноса (Regalecus glesne). Работа вышла 30 сентября 2026 года в журнале Ichthyology & Herpetology (DOI: 10.1643/i2025091).

Веслоносы — самые длинные из ныне живущих костных рыб: отдельные особи достигают 8 метров. Вдоль спины у них тянется лента плавника из сотен лучей. Рыба плывёт, прогоняя по этой ленте волны, почти не изгибая тело. Именно такой способ передвижения заинтересовал инженеров: он позволяет двигаться медленно и бесшумно.

Чтобы разобраться в устройстве, авторы препарировали образцы из музеев Корнеллского университета, Института морских наук Виргинии и Смитсоновского института, сделали гистологические срезы, рентгеновские снимки и микрокомпьютерную томографию, а также покадрово разобрали 2,4-секундный фрагмент подводной съёмки дикого веслоноса в Мексиканском заливе.

Что показала анатомия

Обычно у костистых рыб каждый луч плавника опирается на один скелетный элемент — птеригиофор. У веслоноса всё иначе: луч поддерживают сразу два соседних птеригиофора, а между ними находится овальная дистальная радиалия. Место соединения радиалии с опорами устроено как шаровой шарнир — впадина одной косточки охватывает головку другой. За счёт этого луч свободно поворачивается вокруг своей оси.

Движением управляют три пары мышц — наклоняющая, поднимающая и опускающая. У наклоняющей мышцы четыре точки крепления: две на соседних опорах, одна на дистальной радиалии и одна у основания луча. Такая схема позволяет тянуть луч в разные стороны независимо от соседей.

Сами лучи у веслоноса гладкие, неветвящиеся и нерасчленённые — в отличие от сегментированных лучей большинства костистых рыб. В одном из изученных экземпляров насчитали 401 луч. По расчётам авторов, соседние лучи могут менять положение за миллисекунды, но точную скорость ещё предстоит измерить на высокоскоростной съёмке.

Представим, что вдоль спины робота идёт ряд одинаковых стержней, каждый на своём шарнире. Если поворачивать их по очереди — чуть вперёд, чуть вбок, чуть назад, — по ленте побежит волна, и она толкнёт воду назад. Именно так, по описанию авторов, работает плавник веслоноса: волна складывается из вращений отдельных лучей, а не из изгиба всего тела.

Перенести этот принцип в металл и пластик непросто. Каждый мышечно-скелетный блок веслоноса — высотой 10–20 мм, шириной и толщиной 5–10 мм. Чтобы повторить сотни таких блоков, нужны сотни миниатюрных приводов, а это пока техническая проблема. Остаётся и открытый вопрос: авторы не смогли по имеющимся видео определить, скользят ли левая и правая половины луча друг относительно друга, как у других рыб. Неизвестно и то, вращаются ли лучи у других видов с ленточным плавником.

Инженерная задача, впрочем, уже решается с другой стороны. Робот с гибкими лучами, у которых есть пассивные степени свободы для поворота, описан в работе Ся и соавторов 2023 года — то есть механическое решение появилось раньше, чем биологическое описание того же принципа у веслоноса. Для студентов и исследователей, которым нужно разобрать похожую тему по анатомии или биомеханике и оформить её в текст, есть помощь с научной статьёй.

Пока речь идёт только об анатомии и кинематике. Авторы прямо пишут, что их данные могут пригодиться при разработке автономных подводных аппаратов, но не утверждают, что такой робот уже создан.