O concerto de movimento pelo qual os cardumes de peixes são famosos não é apenas uma exibição elaborada de nado sincronizado. Seu movimento coletivo aparentemente telepático é parte de uma estratégia testada pelo tempo para melhorar as chances de sobrevivência do grupo como um todo, da defesa contra predadores à busca de alimento e acasalamento.

Um estudo publicado em Revisão Física X está oferecendo novos detalhes que mostram como os fluxos aquáticos criados por certos cardumes de peixes podem beneficiar cada um de seus membros individuais de outra maneira - hidrodinamicamente.

Uma equipe de pesquisa do New Jersey Institute of Technology (NJIT) e da New York University (NYU) apresentou um novo modelo matemático capaz de determinar quais formações dão aos nadadores de uma escola a maior vantagem no que diz respeito à eficiência energética e velocidade. particularmente quando comparado com peixes sem escola.

Os pesquisadores dizem que o estudo oferece uma imagem física que ilustra como os nadadores em cardumes de peixes são influenciados pela conexão constante entre as asas batendo de cada nadador e os vórtices de fluxo persistentes gerados pelo coletivo.

“Há muita literatura científica que se concentra na dinâmica dos cardumes de peixes e nas interações sociais que os moldam, como a necessidade de assumir formações para evitar predadores, por exemplo, "disse Anand Oza, professor assistente do Departamento de Matemática do NJIT e um dos autores do estudo. "Muitas vezes negligenciado, Contudo, tem sido a dinâmica dos fluidos ... 'os fluxos de fluidos podem realmente influenciar a estrutura das escolas?'. O que acho empolgante é que, com este estudo, podemos agora apontar quantitativamente como a hidrodinâmica pode ajudar ou mesmo atrapalhar uma escola. "

A equipe examinou quatro tipos comuns de formação de cardumes de peixes em movimento:formações em linha, formações de "falange" de arquivo único, formações retangulares em "rede"; e formações de rede de diamante.

Ao aplicar dados experimentais de estudos anteriores realizados na NYU ao seu modelo, a equipe capturou uma série de interações hidrodinâmicas sutis que ocorrem dentro de vários cardumes de peixes, mostrando quanta energia foi exercida por cada peixe em seus movimentos de bater asas enquanto nadavam dentro de sua formação. O modelo da equipe também manteve o controle das forças devido a pequenos vórtices semelhantes a redemoinhos que os nadadores liberam a cada braçada, mostrando o quanto os peixes foram impulsionados por fluxos de vórtices gerados por seus colegas de escola.

Geral, as simulações de computador da equipe revelaram que as escolas formadas em uma única linha transversal (falange) receberam velocidade marginal e economia de energia em relação aos nadadores solitários, enquanto as formações retangulares em linha ofereceram melhorias substanciais. Contudo, a equipe observou que os peixes organizados em uma formação de retículo de diamante receberam a maior vantagem hidrodinâmica.

"Descobrir que a formação de diamante é a melhor não foi de todo surpreendente, mas o que aprendemos é que todos os diamantes não são iguais ... a geometria importa. Geralmente, quanto mais fina a formação do diamante, melhor o desempenho, "explicou Oza.

Oza agora diz que sua equipe espera desenvolver ainda mais seu modelo para estudar dinâmicas semelhantes em bandos de pássaros. Os resultados podem ter aplicações de engenharia na captação de energia e propulsão, talvez de maneiras que possam ser úteis para o desenvolvimento de parques eólicos mais eficientes.

"Precisamos validar ainda mais nosso modelo e conduzir mais testes, mas, idealmente, eu poderia ver modelos conceitualmente semelhantes usados ​​para ajudar a determinar como organizar turbinas eólicas juntas para obter a melhor saída de energia, "disse Oza." Também gostaríamos de usar este modelo para ver como os vórtices e a memória mediada por fluidos podem influenciar o comportamento coletivo de escolas e rebanhos densamente aglomerados ou desordenados. Esse é um empolgante olhar para o futuro que não foi muito explorado. "