Роботы-рыбы продемонстрировали пользу плавания в стае

Многие рыбы плавают многочисленными косяками, совершая почти синхронные движения телом. Такие объединения более безопасны, в них проще найти партнера — и просто легче плавать. Совместные движения позволяют экономить энергию, и недавно это удалось продемонстрировать, используя биомиметических роботов-рыб. Об этом рассказывает новая статья ученых из Института поведения животных Общества Макса Планка, которая опубликована в журнале Nature Communications.

В самом деле, напрямую измерить энергетические расходы свободно плавающей в стае рыбы невозможно, и до сих пор такие работы проводились лишь на математических и компьютерных моделях. Чтобы провести необходимые эксперименты, немецким ученым пришлось разработать роботов-рыб с мягкими хвостами, движения которых имитируют настоящих животных. Провести необходимые измерения на роботах куда проще.

Авторы заставляли пару таких машин плавать как поодиночке, так и вместе, на разных расстояниях и в разном положении друг относительно друга. Для того чтобы можно было визуально регистрировать гидродинамику этого процесса, в воду закачивали крошечные газовые пузырьки, которые подсвечивали с помощью лазера. Всего было проведено более 10 тысяч «заплывов», которые достоверно подтвердили, что совместное движение позволяет ведомой рыбе плыть существенно легче.

Эта экономия определялась сочетанием дистанции до ведущего и частотой биений хвоста. При правильной комбинации ведомая рыба может подхватывать турбулентные вихри, слетающие с хвоста ведущей, и использовать их для создания дополнительной тяги. Такой подход авторы назвали «фазовой синхронизацией вихрей» (vortex phase matching) и дополнительно удостоверились в его эффективности, смоделировав аналогичные движения на компьютере.

«Мы обнаружили простое правило синхронизации с соседями, которое позволяет ведомым постоянно использовать создаваемые другими вихри, — добавляют ученые. — До таких экспериментов с роботами мы просто не знали, как это проделать, хотя ответ был практически у нас перед глазами».