Рыбы и птицы могут двигаться группами, не разделяясь и не сталкиваясь, благодаря недавно обнаруженной динамике: ведомые взаимодействуют со следом, оставленным лидерами. Это открытие дает новое представление о передвижении животных и указывает на потенциальные способы использования энергии природных ресурсов, таких как реки или ветер.
«Воздушные или водные потоки, естественным образом возникающие во время полета или плавания, могут предотвратить столкновения и разделения, позволяя даже людям с разными машущими движениями путешествовать вместе», - объясняет Джоэл Ньюболт, докторант физического факультета Нью-Йоркского университета и ведущий автор исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences.«Примечательно, что это явление позволяет более медленным последователям не отставать от более быстро колеблющихся лидеров, путешествуя по их следу».
В более широком смысле исследование открывает возможности для более эффективного использования природных ресурсов для получения энергии из ветра и воды.
«Хотя в настоящее время мы используем ветер и воду для удовлетворения наших потребностей в энергии, наша работа предлагает новые способы их более эффективного использования, поскольку мы ищем новые методы для улучшения устойчивых методов», - отмечает Лейф Ристроф, один из соавторов газеты. -авторы и доцент Института математических наук Куранта при Нью-Йоркском университете.
Хорошо известно, что такие животные, как рыбы и птицы, часто путешествуют группами, но детали этих взаимодействий в косяках и стаях до конца не изучены.
Чтобы изучить влияние хлопающих движений и взаимодействия потоков на движение членов группы, исследователи провели серию экспериментов в Лаборатории прикладной математики Института Куранта. Здесь они разработали роботизированную «школу» из двух судов на подводных крыльях, которые имитируют крылья и плавники, которые взмахивают вверх и вниз и плывут вперед. Взмах каждой рапиры приводился в движение мотором, в то время как поступательные движения плавания были свободными и являлись результатом давления воды на рапиры при их взмахах.
Исследователи, в число которых также входил Цзюнь Чжан, профессор Института Куранта, факультета физики Нью-Йоркского университета и Университета Нью-Йорка в Шанхае, варьировали скорость хлопающих движений, чтобы представить более быстрых и медленных пловцов и летающих.
Их результаты показали, что пара крыльев с разными машущими движениями, которые в одиночку плавали бы или летели с разной скоростью, на самом деле могут двигаться вместе, не разделяясь и не сталкиваясь из-за взаимодействия ведомого со следом. оставленный лидером.
В частности, последователь «плывет» разными способами по кильватерному следу, оставленному лидером. Если он отстает, ведомый испытывает «толчок» вперед по этому следу; однако, если двигаться слишком быстро, последователь «отталкивается» следом лидера.
«Эти механизмы создают несколько «сладких мест» для последователя, когда он сидит позади лидера», - отмечает Чжан.
Видео: