鲨鱼和猫头鹰在进化上以惊人相似的方式进行了优化。就海洋中的顶级捕食者而言，它们的皮肤纹理图案，称为沟槽，有助于减小阻力。而猫头鹰，它们微小的羽毛纹路叫做锯齿，能让它们在捕猎时悄无声息地飞行。
尽管这些自然存在的辅助装置在过去曾启发了基于仿生学的航空设计，但来自加州大学伯克利分校和麻省理工学院林肯实验室的合作研究团队最近调查了这些相同的原理是否也适用于水下工具。他们的研究结果发表在《Extreme Mechanics Letters》的一项新研究中，表明这些设计可以被改编以改进船舶和潜艇使用的拖曳声纳阵列（TSA）。
TSA对于从事水下安全或勘探项目的海事船只至关重要。但如果船只开始以较高的速度巡航，设备周围产生的阻力会产生额外的噪音，干扰声纳功能。
研究人员利用计算模型，在模拟水环境中测试了各种沟槽的形状和图案。从平静的水流到海洋中更常见的不稳定的水流，该团队观察了光滑、三角形、梯形和波浪形沟槽可能如何影响流体动力学和声学。
在这些变体中，矩形在波涛汹涌的水中表现出最有希望的结果——噪音降低了14%以上，阻力降低了约5%。当沟槽更精细、彼此更靠近时，阻力最多可以再降低25%。
这些模拟不仅展示了声纳外壳的潜在沟槽图案，还阐明了湍流水流中降噪的新流体动力学。研究人员称之为“涡流提升”的过程，水流被抬高并从纹理表面重新引导，同时降低其旋转强度。
“这种提升对于减少水流与阵列壁相互作用产生的强烈压力波动至关重要，从而产生噪音，”研究第一作者、机械工程研究生 Zixiao Wei 在最近的一份声明中说。
该团队还指出，将这些受动物启发的纹理添加到TSA和其他水下车辆上，不仅对人类有帮助，还可以改善海洋野生动物的栖息环境。依赖沟槽图案的系统可以使运行更安静，从而减少人为干扰其周围生态系统的可能性。
尽管如此，模拟鲨鱼皮是一回事——实际复制它已被证明极其困难。但随着更多的测试和部署，Wei 相信新设计将展示“仿生学在推进工程和技术方面的巨大潜力。”
