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人體擅長做很多事情,但游泳不是其中之一。我們在水中效率低下得令人尷尬,只能將 3% 或 4% 的能量轉化為前進運動。(即使使用腳蹼,我們也只能提高 10% 到 15% 的效率。)但是,一種新的、受海豚啟發的鰭片有望推動人類動力游泳在幾十年內發生的最大變革,使幾乎任何人都能達到超越奧運會的速度。
經過數十年的研究,工程師和發明家 Ted Ciamillo(佐治亞州雅典市的一位發明家和工程師,他以製造高效能腳踏車剎車而聞名(並因此發家致富))創造了他稱之為 Lunocet 的產品,這是一種 2.5 磅(1.1 公斤)重的單蹼,由碳纖維和玻璃纖維製成,以精確的 30 度角連線到鋁製腳板上。Lunocet 的表面積幾乎是傳統腳蹼的三倍,可提供充足的推進力。這種 42 英寸(一米)寬的鰭片速度的關鍵在於:它的形狀和角度,這兩者都是根據海豚尾巴的科學精度建模的。
這些 海洋短跑健將 的游泳速度可達每小時 33 英里(53 公里),並將高達 80% 的能量轉化為推力。
賓夕法尼亞州西切斯特大學的海洋生物學家 Frank Fish 說:“這種機制的功能類似於機翼,可以產生升力,”升力向前 направляется 並轉化為推力。“與傳統的剛性船用螺旋槳相比,這種推進機制非常高效。” Fish 是海洋哺乳動物游泳形態學的專家,他向 Ciamillo 提供了海豚尾巴的 CAT 掃描資料,Ciamillo 用這些資料設計了他的鰭片,這些鰭片於去年上市,每片售價 1,800 美元。
Lunocet 使用者已經達到了大約每小時八英里(13 公里)的速度,幾乎是奧運金牌游泳運動員邁克爾·菲爾普斯最快速度的兩倍。
使用 Lunocet,一些游泳者幾乎能夠像鯨魚一樣完全躍出水面。Ciamillo 設想了一個新的高速自由潛水游泳者社群,他們圍繞“水上旅行”團結在一起:“水上旅行”是指使用 Lunocet 進行的長距離游泳探險,每天覆蓋數十英里,參與者攜帶流線型防水包,包中僅包含全球定位系統 (GPS)、衛星電話以及足夠在岸上過幾夜的食物和水。
美國頂級的競技自由潛水組織 美國自由潛水協會 主席 Grant Graves 說,這種鰭片也可能對自由潛水運動(潛水員在屏住呼吸的情況下競爭看誰能潛到最深)產生“深遠的影響”。其效率可以讓那些屏住呼吸潛水的人透過更快地潛入更深處來創造深度記錄。然而,速度並不是水下的一切。“你遊得越快,你就必須越努力,”他說,因為阻力隨著速度的平方而增加。“摩擦力、速度、氧氣消耗和距離之間存在一個最佳平衡點。”
另一種試圖平衡該等式的嘗試正在新罕布什爾州曼徹斯特市發明家兼企業家 Dean Kamen 的公司 DEKA Research and Development Corp. 的實驗室中成形。Segway 雙輪單人電動汽車的創造者正在與美國國防部高階研究計劃局 (DARPA)(美國國防部的研究部門)的 國防科學辦公室 合作,開發 PowerSwim,這是一種高效、人力的推進系統,適用於作戰和偵察游泳者。夾在小腿之間的玻璃纖維翼梁(杆)固定著兩個碳纖維振盪翼片,一個寬的在臀部,一個窄的在腳部。淺蹲運動使翼片起伏,產生渦流,渦流向前推向後緣並提供推力。
DARPA 國防科學 PowerSwim 計劃經理 John Lowell 中校說,這種設計使用了最大的腿部肌肉,而不僅僅是小腿和腳踝。最高速度約為每小時 2.5 英里(4 公里),這仍然適用於水肺裝備,但更重要的是,PowerSwim 在將努力轉化為推進力方面的效率為 70% 到 75%。“我們正要達到一個難以想象還能做得更好的地步,”Lowell 說。DARPA 希望在今年年底前準備好可供軍方潛水員測試的可用原型。
Ciamillo 還計劃為海軍陸戰隊的兩棲部隊演示 Lunocet,並不斷改進鰭片的縱傾控制機制(該機制決定鰭片和腳之間的角度),以嘗試提高效率和速度。他指出,他不會為 Lunocet 的設計申請專利。“如果你從大自然中汲取靈感,”他說,“那你怎麼能去專利局說這些是我的呢?”