Het bewegingsconcert waar visscholen beroemd om zijn, is niet alleen een uitgebreide weergave van synchroonzwemmen. Hun schijnbaar telepathische collectieve beweging maakt deel uit van een beproefde strategie om de overlevingskansen van de groep als geheel te verbeteren, van verdediging tegen roofdieren tot voedsel zoeken en paren.

Een studie gepubliceerd in Fysieke beoordeling X biedt nieuwe details die laten zien hoe de waterstromen die door bepaalde scholen vissen worden gecreëerd, elk van zijn individuele leden op nog een andere manier ten goede kunnen komen - hydrodynamisch.

Een onderzoeksteam van het New Jersey Institute of Technology (NJIT) en de New York University (NYU) heeft een nieuw wiskundig model gepresenteerd dat kan bepalen welke formaties de zwemmers van een school het grootste voordeel geven als het gaat om energie-efficiëntie en snelheden, vooral in vergelijking met schoolloze vissen.

De onderzoekers zeggen dat de studie een fysiek beeld biedt dat illustreert hoe zwemmers in visscholen worden beïnvloed door de constante verbinding tussen de fladderende vleugels van elke zwemmer en de aanhoudende stroomwervelingen die door het collectief worden gegenereerd.

"Er is veel wetenschappelijke literatuur die zich heeft gericht op de dynamiek van visscholen en sociale interacties die hen vormen, zoals de noodzaak om formaties op te nemen om roofdieren te vermijden, bijvoorbeeld, " zei Anand Oza, assistent-professor bij de afdeling Wiskunde van het NJIT en een van de auteurs van het onderzoek. "Vaak verwaarloosd, echter, is vloeistofdynamica geweest ... 'kunnen vloeistofstromen de structuur van scholen beïnvloeden?'. Wat ik spannend vind, is dat we met dit onderzoek nu kwantitatief kunnen aangeven hoe hydrodynamica een school kan helpen of zelfs belemmeren."

Het team onderzocht vier veelvoorkomende soorten visschoolformaties in beweging:in-line formaties, single-file "phalanx" formaties, rechthoekige "rooster" -formaties; en diamantroosterformaties.

Door experimentele gegevens van eerdere onderzoeken aan NYU toe te passen op hun model, het team legde een reeks subtiele hydrodynamische interacties vast die plaatsvinden binnen verschillende visscholen, laten zien hoeveel energie elke vis uitoefende van hun fladderende bewegingen terwijl ze in hun formatie zwommen. Het model van het team hield ook de krachten bij als gevolg van kleine draaikolkachtige wervelingen die de zwemmers bij elke slag afstoten, laten zien hoeveel de vissen werden voortgestuwd door vortexstromen die door hun klasgenoten werden gegenereerd.

Algemeen, de computersimulaties van het team onthulden dat scholen gevormd in een enkele lijn (kootje) marginale snelheid en energiebesparing ontvingen ten opzichte van solitaire zwemmers, terwijl in-line en rechthoekige roosterformaties aanzienlijke verbeteringen boden. Echter, het team merkte op dat vissen georganiseerd in een diamantroosterformatie het grootste hydrodynamische voordeel kregen.

"De ontdekking dat de diamantformatie het beste is, was niet helemaal verrassend, maar wat we hebben geleerd is dat alle diamanten niet gelijk zijn ... de geometrie doet ertoe. Over het algemeen, hoe dunner de diamantvorming, hoe beter de prestaties, ’ legde Oza uit.

Oza zegt nu dat hun team hoopt hun model verder te ontwikkelen om vergelijkbare dynamiek in vogelzwermen te bestuderen. De resultaten kunnen technische toepassingen hebben in het oogsten van energie en voortstuwing, misschien op manieren die nuttig kunnen zijn voor de ontwikkeling van efficiëntere windparken.

"We moeten ons model verder valideren en meer tests uitvoeren, maar idealiter zou ik conceptueel vergelijkbare modellen kunnen zien die worden gebruikt om te helpen bepalen hoe windturbines samen moeten worden geplaatst om de beste output van energie te krijgen, " zei Oza. "We willen dit model ook gebruiken om te kijken hoe wervels en door vloeistof gemedieerd geheugen het collectieve gedrag van dicht opeengepakte of ongeordende scholen en kudden kunnen beïnvloeden. Dat is een opwindende blik vooruit die nog niet veel is onderzocht."