Учёные изменили представление о плавании рыб
В течение 50 лет учёные полагали, что для экономии энергии рыбы плавают в плоском ромбовидном построении. Однако недавно группа исследователей из Принстона и Гарварда провела эксперимент, чтобы проверить это предположение.
Результаты эксперимента
Выяснилось, что, вопреки прогнозам моделей, рыбы не плавают в ромбах. Они плавают в динамическом порядке, который исследователи называют «лесенкой», где они расположены в шахматном порядке в трёх измерениях, подобно эшелону истребителей.
Методика исследования
Исследовательская группа под руководством Радхики Нагпал, профессора робототехники в Принстоне, адаптировала программное обеспечение для компьютерного зрения, первоначально разработанное для отслеживания движений отдельных животных, чтобы собрать первые трёхмерные данные о построении рыбьих косяков.
Работая с биологом из Гарвардского университета Джорджем Лаудером, исследователи проанализировали группу из шести гигантских данио, плавающих в течение 10 часов в аквариуме с рециркуляцией потока. Они обнаружили, что рыбы почти никогда не образовывали ромб, вместо этого плавая в форме лесенки в 79% случаев.
Публикация исследования
Статья опубликована в журнале Scientific Reports.
Выводы
«При плавании рыбы в среднем создают струю, направленную назад, как реактивный двигатель самолёта», — сказал Хунгтанг Ко, постдокторант в Принстоне и ведущий автор исследования.
Из-за этого полезно избегать плавания непосредственно друг за другом. Ко сказал, что построение в виде лесенки обеспечивает аналогичные гидродинамические преимущества, как и ромбовидное построение, но рыбам не нужно так усердно синхронизироваться, потому что они могут располагаться в нескольких плоскостях, а не только в одной.
Значение исследования
Ромбовидное построение было впервые предложено как наиболее гидродинамически эффективное в 1970-х годах, и с тех пор оно подкреплялось моделями и экспериментами, которые были ограничены двумерным обзором. Модели косяков рыб обычно ограничивались плоскими плоскостями, потому что было трудно зафиксировать точное трёхмерное движение с разных углов камеры. Новая адаптация программного обеспечения решила эту проблему, заложив основу для будущих исследований, изучающих косяки рыб в трёх измерениях.
Исследователи сказали, что эта работа имеет интересное применение в робототехнике. Лаборатория Нагпала работает над созданием подводных роботизированных стай, вдохновлённых рыбами, которые в будущем смогут двигаться в подобных динамических лесенчатых построениях и получать энергетические преимущества. Понимание поведения косяков рыб поможет инженерам разработать более эффективных подводных роботов для таких задач, как мониторинг рифов и зарослей водорослей.
«Сотрудничество — это улица с двусторонним движением», — сказал Ко. «Мы можем использовать компьютерное зрение, чтобы узнать, как и почему группы животных делают что-то вместе. А затем мы можем спросить, к каким реальным роботизированным системам можно применить это биологическое понимание?»
Предоставлено Принстонским университетом.