动物推进中的被动推力产生：利用速度梯度实现能量守恒

动物在富含速度梯度的流体环境中运动，然而，它们如何利用这些流动来降低运动成本仍不甚明确。我们 hypothesize? Need Chinese "我们提出假设". vertebrates utilize shear layers to passively produce thrust and establish force equilibrium... We discovered... 约为其持续最大速度的50%。与均匀流中相应速度相比，鱼类进入邻近的速度梯度区域后，主动推进所需的努力降低了98%，代谢成本降低了74%，并达到静息状态。其机制在于：身体高速侧受到黏性阻力，而低速侧受到指向前方的吸力，二者形成力平衡；从本质上说，这是由压力梯度驱动的被动推力产生机制。该发现可直接应用于仿生推进设计，并对运动生态学具有广泛意义。

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动物推进中的被动推力产生：利用速度梯度实现能量守恒

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Yangfan Zhang

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Robin Thandiackal

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Connor White

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Jiacheng Guo

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Yu Pan

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Haibo Dong

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George Lauder

DOI：

https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750785

Yangfan Zhang 1 哈佛大学；

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通讯作者：

yangfan_zhang{at}fas.harvard.edu

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摘要

动物在富含速度梯度的流体环境中运动，但它们如何利用这些流动来降低运动成本，仍然鲜为人知。我们提出假设：脊椎动物能够利用剪切层被动地产生推力并建立力平衡，从而降低运动成本。我们发现了一种剪切层步态：鱼类会优先将自身定位于速度梯度中，以维持稳定的姿态和位置，其速度约为持续最大速度的 50%。与均匀流中相匹配的速度相比，鱼类进入邻近的速度梯度后，主动推进所需的努力降低了 98%，代谢成本降低了 74%，并达到静息状态。其作用机制是形成力平衡：身体高速侧受到黏性阻力，而低速侧受到指向前方的吸力；从根本上说，这是一种由压力梯度驱动的被动推力产生机制。这一发现可直接应用于仿生推进设计，并对运动生态学具有广泛意义。

利益冲突声明

作者已声明不存在利益冲突。

版权

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保留所有权利。未经许可不得以任何形式再利用。

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发布于 2026 年 9 月 16 日。

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Haibo Dong

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George Lauder

bioRxiv

2026.09.10.750785；

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https://doi.org/10.64898/2026.09.10.750785

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.10.750785v1?rss=1

🏷️ 动物推进 被动推力 速度梯度 鱼类运动 代谢成本 仿生推进