Vliegt autofabrikant uit de bocht met koffervis?

Miljarden jaren evolutie heeft oplossingen voor tal van technische problemen opgeleverd waar ontwerpers en ingenieurs iets van kunnen leren. Zo heeft een autofabrikant een concept-car ontwikkeld, gebaseerd op vermeende eigenschappen van de koffervis. Maar onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen laten zien dat dit ontwerp berust op een verkeerde interpretatie van de eigenschappen van de vis. Zij melden deze week in het online tijdschrift Interface van The Royal Society (de Britse Academie van Wetenschappen) hoe zij samen met Belgische en Amerikaanse collega's de paradox rond het zwemmen van koffervissen hebben opgelost.

Koffervissen hebben een door aan elkaar vergroeide botplaatjes verharde huid die ze beschermd tegen predatie. Die verharde huid, of carapax, heeft aan de onderzijde van het lichaam twee grote richels en aan de bovenzijde één richel bij de driehoekige koffervissen en twee richels bij de vierkante vissen.

Eerdere metingen en publicaties door een Amerikaanse groep hadden aan deze richels haast magische eigenschappen met betrekking tot het op koers houden tijdens zwemmen toegekend en een vermeende zeer lage weerstand van het lichaam van de koffervis is zelfs de basis geweest voor een bio-inspired ontwerp van een personenauto.

Paradox

Beide eigenschappen zijn eigenlijk in tegenspraak met de levenswijze van koffervissen, die alleen zeer langzaam zwemmen en dus niet per se erg gestroomlijnd hoeven te zijn, en tevens heel veel manoeuvreren en korte bochtjes draaien bij het zoeken naar voedsel op het koraalrif en dus niet koersstabiel hoeven te zijn. Deze schijnbare tegenspraak werd de 'koffervis zwem-paradox' genoemd. De RUG-onderzoekers hebben in een stromingskanaal tests gedaan met levensechte modellen, gemaakt met een zeer nauwkeurige 3D-printer op basis van 3D scans van de Amerikaanse collega’s. Deze tests laten zien dat de weerstand van de dieren door hun hoekige vorm helemaal niet zo laag is als werd aangenomen.

Koers-instabiel

Metingen aan de draaimomenten van de lichaamsmodellen in het stromingskanaal lieten daarbovenop zien dat zowel bij de driehoekige soorten als bij de vierkantige soorten er helemaal geen koers-stabilisatie plaats vindt. Integendeel, het lichaam is zeer koers-instabiel en heeft dus de natuurlijke neiging 'om de bocht te gaan' in plaats van rechtdoor te zwemmen. De Belgische onderzoeker in de studie ondersteunde deze conclusies volledig met behulp van computer stromings-simulaties rond het koffervis-lichaam, en liet zien dat de instabiliteit zeer groot is en dat er flink wat roer-functie van de staart ingezet moet worden om een stabiele, rechte koers te zwemmen. Dit lost de koffervis zwem-paradox volledig op: de-stabiliserende draaimomenten maken de koffervissen juist zeer manoeuvreerbaar, wat volledig bij hun levenswijze op het koraalrif past.

Boxfish swimming paradox resolved: forces by the flow of water over the body promote manoeuvrability. Van Wassenbergh S, van Manen K, Marcroft TA, Alfaro ME, Stamhuis EJ (2015) J.R.Soc. Interface 12: 20141146

Link naar het tijdschriftartikel: http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.1146

Contact: Eize Stamhuis, Ocean Ecosystems, Rijksuniversiteit Groningen