新研究：鱼类悬停在水中其实很“费劲”

一项新研究发现，鱼类悬停在水中时并不像看起来那般轻松，而是要消耗不少能量。这一发现为设计灵活的水下机器人提供了新思路。

美国加利福尼亚大学圣迭戈分校等机构的研究人员在美国《国家科学院学报》上发表的论文介绍，科学界长期以来认为鱼类悬停在水中是一种类似休息的状态，但他们通过实验发现，鱼类在悬停时消耗的能量几乎是静止休息（即鱼类靠着水底支撑重量）时的2倍，这是因为它们需要不断划动鱼鳍以维持身体稳定。

研究人员对13种带鱼鳔的鱼进行了实验。他们将每条鱼放入一个专门设计的水箱中，记录它们在主动悬停和静止休息时的氧气消耗情况。在鱼悬停时，研究人员用高速摄像机拍摄它们，以捕捉每条鱼鳍的运动方式及划动频率。

研究人员还对每条鱼的形态进行了测量，特别是鱼的重心与浮心（与鱼鳔的位置和形状有关）间的距离，以量化鱼类的稳定性水平。

结果发现，尽管鱼鳔产生的浮力能让鱼类几乎处于“失重”状态，但重心与浮心不重合会导致鱼类身体倾斜或翻滚，这迫使它们必须持续划动鳍来维持姿态。重心与浮心距离越大的鱼种，在悬停时消耗的能量也越多，这表明对抗不稳定性是悬停耗能的一个关键因素。

此外，鱼类的体形和胸鳍位置也会影响其悬停效率。细长的鱼类悬停效率较低，反之则悬停效率更高。胸鳍位置更靠后的鱼在悬停时一般耗能更少，研究人员认为这可能与杠杆效应更好有关。

研究人员表示，这些发现可用于设计水下机器人和其他设备。以往水下机器人的设计倾向于追求高度稳定的紧凑形状，但就像鱼类一样，更稳定的形状往往意味着更差的机动性。如果想让水下机器人能在狭小空间中灵活穿梭，可以设计成“不稳定”的构型，由系统不断调节。