Биология

Роботы помогли ответить на вопрос, почему рыбы плавают косяком

Joseph DelPreto/MIT CSAIL/wdwerker/Flickr/Indicator.Ru

Международная команда ученых создала роботизированных рыб, чтобы понять, как именно настоящие рыбы экономят энергию, плавая косяком. Оказалось, что рыбы используют водяные вихри, создаваемые теми, кто плывет перед ними. При этом они регулируют скорость ударов хвостом относительно соседей в зависимости от расстояния до них. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Исследователи из Института изучения поведения животных Общества Макса Планка, Констанцского и Пекинского университетов задались ответом на вопрос, как рыбы экономят энергию, плавая косяком. Для этого необходимо было измерить расход энергии, что пока невозможно сделать с настоящей рыбой. Предыдущие исследования пытались задействовать теоретические модели, однако команда ученых решила проблему экспериментально — создала объемную роботизированную рыбу с мягким хвостовым плавником, которая при плавании имитировала движения настоящей рыбы. В отличие от своих живых собратьев, роботы позволяли напрямую измерять энергопотребление, связанное с плаванием в косяке. Исследователи провели более десяти тысяч испытаний, в которых рыбы-роботы плавали парами во всех возможных положениях друг относительно друга, и сравнили потребление энергии при плавании в стае с плаванием в одиночку.

Ученые выяснили, что рыба, которая плывет первой, влияет на гидродинамику рыбы сзади. Энергия, потраченная второй рыбой, определяется ее расстоянием до первой и задержкой во времени между их ударами хвостов. Секрет экономии энергии заключается в синхронизации. Вторая рыба должна согласовывать биение своего хвоста с хвостом лидера, но с некоторым запаздыванием по времени. Когда рыбы плывут вплотную друг за другом, наиболее энергетически эффективный способ — полная синхронизация. Однако по мере того как расстояние увеличивается, рыбы все больше задерживают удары хвостом относительно лидера.

Чтобы визуализировать вихри воды, исследователи выпускали пузырьки водорода в воду и подсвечивали их лазером. Метод показал, что рыбы также могу использовать потоки, созданные соседями для тяги и ускорения. Для того чтобы проверить теорию на настоящих животных, ученые создали простую модель, которая предсказывала движения рыб, если они используют ту же стратегию, что и роботы. Анализ положения тела золотых рыбок, плывущих вместе, показал, что эта тактика действительно используется в природе.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.