Почему рыбы плавают косяком, помогли объяснить роботы
Секретом экономии энергии при плавании в косяке оказалась синхронизация
Для того, чтобы ответить на вопрос, как, плавая косяком, рыбы экономят энергию, исследователи из Института изучения поведения животных Общества Макса Планка, университета Констанцы и Пекинского университетов создали объемную роботизированную рыбу с мягким хвостовым плавником, которая при плавании имитировала движения настоящей рыбы.
Роботы позволяли напрямую измерять энергопотребление, которое связано с плаванием в косяке. Ученые провели более десяти тысяч испытаний, в которых рыбы-роботы плавали парами во всевозможных положениях друг относительно друга. Исследователи сравнили показатели потребления энергии с показателями тех, кто плавал в одиночку. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
По результатам исследования, ученые выяснили, что рыба, которая плывет первой, влияет на гидродинамику рыбы, которая следует за ней. Энергия, которая была потрачена второй рыбой, определяется задержкой во времени между их ударами хвостов и ее расстоянием до первой. Вторая рыба должна согласовывать биение своего хвоста с биением хвоста лидера, но с некоторым запаздыванием. Когда рыбы плывут вплотную друг за другом, наиболее энергетически эффективным способом является полная синхронизация. Однако по мере того, как расстояние увеличивается, рыбы все больше задерживают удары хвостом относительно лидера.
Исследователи выпускали пузырьки водорода в воду и подсвечивали их лазером, чтобы создать визуализацию вихрей воды. Метод продемонстрировал, что рыбы могут использовать потоки, которые создали соседние особи, для тяги и ускорения. Чтобы проверить теорию на настоящих рыбах, ученые создали модель, которая предсказывала их движения, если они будут использовать ту же стратегию, что и роботы. Анализ положения тела золотых рыбок, которые плыли вместе, показал, что стратегия действительно используется в природе.
