Forskere finder de bedste klasseformer til fisk, der svømmer i skolerne

Et team af forskere har identificeret de bedste arrangementer for fiskesvømning i skoler - formationer, der er overlegne med hensyn til energibesparelse og samtidig optimerer hastigheden. Dens fund, som fremgår af journalen Fysisk gennemgang X , pege på potentielle nye måder at forbedre energiproducerende teknologier.

Arbejdet, udført af forskere ved New York University's Courant Institute of Mathematical Sciences, bekræfter også en længe tro:fisk, der svømmer i ordnede grupper eller formationer, bruger mindre energi og bevæger sig hurtigere end når man svømmer alene.

"Dyr har fundet på nogle interessante tricks, der kan spare energi og bevæge sig hurtigere, og denne adfærd kan omsættes til nye energihøst- og fremdriftsanordninger, "siger Leif Ristroph, en lektor ved Courant Institute og en af ​​papirets medforfattere. "Vores model kunne informere om, hvordan vi kan optimere sådanne teknologier."

Ved hjælp af en ny type matematisk model, holdet, som også omfattede Michael Shelley, professor ved Courant Institute, og Anand Oza, en adjunkt ved New Jersey Institute of Technology, fokuserede på flere arrangementer af svømmere for at se, hvilke der var de bedste med hensyn til at spare den energi, der kræves for at svømme og øge svømningshastigheden for gruppen. I særdeleshed, ved hjælp af computersimuleringer, de undersøgte, hvordan flere flappende svømmere udsender hvirvler, eller hvirvlende strømme, og også interagere med hvirvelstrømmene produceret af andre i skolen.

I hver testet skoleformation, gruppen af ​​svømmere brugte mindre energi og bevægede sig hurtigere end ensomme svømmere, med nogle bemærkelsesværdige forskelle mellem disse arrangementer:

• Phalanx arrangementer, hvor fisk står opstillet side om side, viste beskedne forbedringer i forhold til en ensom svømmer;
• Tandemformationer, hvor fiskene stilles op i en enkelt fil efter hinanden, viste endnu mere forbedring i forhold til en ensom svømmer;
• Rektangulære gitterformationer - som kombinerer falanks- og tandemformationer, så hver fisk har naboer direkte opstrøms, nedstrøms og til hver side - var bedre end både tandem- og falanskeskolerne;
• Diamantformede gitter, hvor hver fisk har en direkte opstrøms nabo samt to naboer opstrøms og noget forskudt til hver side, gav de største hastigheder og største energibesparelser - dvs. den bedste formation testet.

Forskerne bemærker, at både falanks- og diamantgitterformationer er blevet observeret i fiskeskoler, med mindre skoler, der har tendens til at vedtage en falanksdannelse, og større skoler vælger et diamantgitter.

"Ved at formulere en matematisk model, der er i stand til at håndtere mange svømmere, der interagerer gennem deres kollektivt genererede strømme, vi synes, vi har tilbudt en vis konkret støtte til tanken om, at skolegang kan have gavn af strømningsinteraktioner, "observerer Ristroph." Vi håber også at anvende de samme metoder på andre relaterede problemer - f.eks. flyvende formationer af fugle. "