Une créature marine gélatineuse pourrait donner une leçon ou deux aux ingénieurs.
Nanomia bijuga, un animal marin apparenté aux méduses, nage par propulsion à réaction. Une douzaine de structures spongieuses ou plus sur son corps pompent l’eau vers l’arrière pour pousser l’animal vers l’avant. Et il peut contrôler ces jets individuellement, soit en les synchronisant, soit en les pulsant en séquence.
Ces deux styles de nage différents permettent à l’animal de privilégier la vitesse ou l’efficacité énergétique, en fonction de ses besoins actuels, a découvert une équipe de chercheurs de l’Université de l’Oregon. Cette découverte pourrait éclairer la conception de véhicules sous-marins, aidant les scientifiques à construire des véhicules plus robustes capables de bien fonctionner dans diverses conditions.
L’équipe de l’UO, dirigée par le biologiste marin Kelly Sutherland et le chercheur postdoctoral Kevin Du Clos, rapportent leurs conclusions dans un article publié le 28 novembre dans Actes de l’Académie nationale des sciences.
« La plupart des animaux peuvent se déplacer rapidement ou d’une manière énergétiquement efficace, mais pas les deux », a déclaré Sutherland. « Avoir de nombreuses unités de propulsion distribuées permet à Nanomia d’être à la fois rapide et efficace. Et, remarquablement, ils le font sans avoir un système nerveux centralisé pour contrôler les différents comportements. »
Nanomia partage la forme gélatineuse et éthérée de ses parents méduses. Mais c’est un peu plus compliqué structurellement : chacun est techniquement une colonie d’individus. Par exemple, chacun des jets de Nanomia est produit par une unité individuelle appelée nectophore. Les nectophores sont regroupés sur une structure en forme de tige à l’avant de l’animal. Pendant ce temps, des tentacules vaporeux traînent derrière, portant des structures spécialisées pour l’alimentation, la reproduction et la protection.
Alors que de nombreuses créatures marines se déplacent par propulsion à réaction, y compris les calmars et les méduses, la plupart n’ont qu’un seul jet. Nanomia en a souvent dix à vingt – le nombre exact varie d’une colonie à l’autre.
« Nous nous intéressons à l’utilité de la nage multi-jets, et ce qui nous intéressait vraiment ici, c’était le timing », a déclaré Du Clos. Nanomia peut pulser ses nectophores en même temps ou les activer en séquence. Du Clos et ses collègues voulaient voir comment ces différents modes avaient un impact sur le style de nage des animaux, mettant peut-être en lumière un avantage évolutif à avoir plusieurs jets.
Au Friday Harbor Labs à Washington, les chercheurs ont récupéré Nanomia dans l’océan et les ont mis dans des réservoirs dans le laboratoire. Ensuite, ils ont utilisé des enregistrements vidéo et des modèles informatiques pour analyser les schémas de nage.
Les deux modes de nage différents sont adaptés à différentes situations, a constaté l’équipe.
La pulsation synchrone envoie Nanomia vers l’avant très rapidement – parfait pour une évasion rapide d’un prédateur. Les pulsations asynchrones déplacent l’animal un peu plus lentement, mais plus régulièrement, et les expériences de modélisation des chercheurs ont suggéré qu’il s’agissait d’une façon plus économe en énergie de nager. Ainsi, Nanomia parcourant parfois des centaines de mètres par jour, le pompage asynchrone pourrait être mieux adapté à un usage quotidien.
Les subtilités du mouvement de Nanomia pourraient être utiles aux ingénieurs qui se tournent vers la nature pour trouver l’inspiration.
« Cela donne un cadre pour développer un robot doté d’une gamme de capacités », a déclaré Du Clos. Par exemple, un véhicule sous-marin pourrait avoir plusieurs propulseurs, et de simples changements dans le moment de la propulsion pourraient permettre à ce véhicule de se déplacer rapidement ou efficacement selon les besoins.
Dans les travaux futurs, les chercheurs prévoient de se plonger davantage dans les caractéristiques de Nanomia, en se concentrant ensuite sur une meilleure compréhension de la façon dont la disposition des tentacules de l’animal affecte son alimentation.
Les animaux coloniaux sont assez courants en pleine mer en raison de leurs avantages hydrodynamiques potentiels, a ajouté Sutherland. L’équipe regarde actuellement au-delà de Nanomia vers d’autres espèces de nageurs coloniaux, pour comprendre comment divers arrangements d’unités de nage influencent le mouvement des animaux.
Plus d’information:
Du Clos, Kevin T., La propulsion distribuée permet des modes de nage rapides et efficaces dans les siphonophores physonectes, Actes de l’Académie nationale des sciences (2022). DOI : 10.1073/pnas.2202494119. doi.org/10.1073/pnas.2202494119