研究人员对“最聪明”的鱼群进行了排名

时间:2020-02-06 17:28 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究人员对“最聪明”的鱼群进行了排名

鱼群以“运动的音乐会”而闻名,这不仅仅是一场精心安排的花样游泳表演。它们看似心灵感应的集体行动是一种久经考验的策略的一部分,这种策略旨在提高整个群体的生存机会,从抵御捕食者到寻找食物和交配。

发表在《物理评论X》上的一项研究提供了新的细节,展示了特定鱼群所形成的水流如何以另一种方式——水动力的方式使每个个体受益。

来自新泽西理工学院(NJIT)和纽约大学(NYU)的一个研究小组展示了一个新的数学模型,该模型能够确定在涉及到能源效率和速度时,什么队形能给学校的游泳者带来最大的优势,特别是与不上学的鱼类相比。

研究人员说,这项研究提供了一幅物理图像,它说明了鱼群中的游泳者是如何通过每个游泳者扇动的翅膀和集体产生的持续流动漩涡之间的持续联系而受到影响的。

“有很多科学文献都集中在鱼学校和社会互动的动态形状,如需要为捕食者避免例如,形成“Anand Oza说,助理教授新泽西理工大学的数学系和该研究的作者之一。“然而,流体动力学常常被忽视……“流体真的会影响学校的结构吗?”我发现令人兴奋的是,有了这项研究,我们现在可以定量地指出,水动力学如何能够帮助甚至阻碍一所学校。”

研究小组考察了四种常见的鱼群运动形式:直线队形、单排“方阵”队形、矩形“格子”队形;以及钻石晶格结构。

通过将纽约大学先前研究的实验数据应用到他们的模型中,研究小组捕捉到了在不同鱼群中发生的一系列微妙的水动力相互作用,展示了在鱼群中游动时,每条鱼拍动翅膀所产生的能量。该团队的模型还记录了游泳者每一次划水时所产生的类似于漩涡的小漩涡所产生的力,显示出这些鱼是如何被同学们产生的涡流推动前进的。

总的来说,该团队的计算机模拟显示,与单独游泳的人相比,排成单行(方阵)的游泳学校在速度和能源节约上都有一定的提高,而排成单行和矩形的格子结构则有显著的改善。然而,研究小组观察到,以钻石晶格形式排列的鱼具有最大的水动力优势。

“发现钻石的结构是最好的并不完全令人惊讶,但我们学到的是,所有的钻石都是不平等的……几何确实很重要。一般来说,钻石越薄,性能越好。”

奥扎现在说,他们的团队希望进一步发展他们的模型,以研究鸟类的类似动态。研究结果可能在能源收集和推进方面具有工程应用价值,或许对开发更高效的风力发电场有帮助。

“我们需要进一步验证我们的模型,并进行更多的测试,但理想情况下,我可以看到概念上类似的模型用于帮助确定如何安排风力涡轮机,以获得最佳的能源输出,”Oza说。“我们还想用这个模型来研究漩涡和流体介导的记忆是如何影响密集或混乱的鱼群和鸟群的集体行为的。这是一个令人兴奋的前景,还没有被探索很多。”

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