基于曲率模型的斑马鱼C型转弯和逃逸的力能学比较
Energetics comparison between zebrafish C-shaped turning and escape: self-propelled simulation with novel curvature models

摘要 斑马鱼C型起动不仅发生于逃逸响应（C型逃逸），而且发生于非逃逸响应（C型转弯）。它们具有不同的变形模式和周期，并且运动学性能各异。在相同的弯曲幅度下，C型转弯实现更大的转弯角度，而C型逃逸则具有更快的游动速度。但尚不清楚它们的水动力学机制和力能学特征。本文针对C型转弯和逃逸的变形特征，建立新的曲率模型，采用优化算法拟合模型参数。通过自主游动数值模拟，发现C型转弯实现大转弯的机制在于：弯曲阶段存在比较大的正向力矩，而回摆阶段存在比较小的反向力矩；而C型逃逸在回摆阶段存在比较大的推力，导致反向力矩增大和转弯角度变小。还发现周期对转弯角度的影响不大，但对逃逸速度和能量消耗影响显著。因此，C型转弯为了节省能量，周期通常在100 ms以上；而C型逃逸为了追求高速度，周期则在50 ms附近。