一组研究人员已经确定了鱼群游动的最佳安排，这些鱼群在节约能源的同时也优化了速度
一组研究人员已经确定了鱼群游动的最佳安排，这些鱼群在节约能源的同时也优化了速度。该研究结果发表在《物理评论X》杂志上，指出了增强能源生产技术的潜在新途径。
这项由纽约大学库兰特数学科学研究所的研究人员进行的研究也证实了一个长期以来的观点:鱼群在有序的群体或队形中游动消耗的能量更少，速度也更快。
“动物们已经发现了一些有趣的技巧，这些技巧可以节省能量，提高移动速度，这些行为可以转化为新的能量收集和推进装置，”Courant研究所的副教授、该论文的合著者之一Leif Ristroph说。“我们的模型可以告诉我们如何优化这些技术。”
使用一种新型的数学模型,研究小组,包括迈克尔·雪莱克朗学院教授和阿南德•Oza新泽西理工学院的助理教授,专注于几个安排游泳者看到的是最好的保存所需要的能量的游泳的游泳速度,提高集团。特别是，通过计算机模拟，他们研究了多个拍动的游泳者如何产生涡流，或者漩涡流，以及如何与学校里其他人产生的涡流相互作用。
在每一个学校编队测试中，游泳者组比单独的游泳者消耗更少的能量，移动得更快，这些安排之间有一些显著的差异:
- 鱼群并排排列的密集队形安排，与单独游泳者相比，表现出了适度的改善;
- 在串联队形中，鱼排成一列又一列，比单独游泳的人进步更大;
- 方阵和串联方阵结合在一起，因此每条鱼的上游、下游和两侧都有相邻的方阵，这种方阵形式优于串联方阵和串联方阵;
- 在菱形网格中，每条鱼都有一个直接的上游邻居，以及两个上游邻居，并且在一定程度上向两边移动，这样就产生了最大的速度和最大的能量节约——即这是经过测试的最佳地层。
由新泽西理工学院Anand Oza提供。
在速度和能量节约方面的最佳游泳者学校的描述:一个钻石形的格子安排，每条鱼有一个直接的上游邻居，以及两个上游邻居，并在一定程度上转移到每一边。这里的游泳者被描绘成上下扇动的翅膀，从右向左游。正负号是指每个游泳者所产生的漩涡旋转的感觉。每个游泳者都可以看到通过它的邻居留下的漩涡来回转。
研究人员注意到，在鱼群中都观察到了方阵和钻石晶格结构，较小的鱼群倾向于采用方阵结构，而较大的鱼群则选择钻石晶格。
“通过建立一个数学模型，能够处理许多游泳者通过他们共同产生的水流进行交互，我们认为我们为鱼群可能从水流交互中受益的观点提供了一些具体的支持，”里斯特洛夫说。“我们也希望将同样的方法应用到其他相关的问题上——例如，鸟类的飞行队形。”
这项工作得到了国家科学基金会(DMS-1847955)的资助。
DOI: 10.1103 / PhysRevX.9.041024
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