Китайские ученые выяснили, как скаты экономят энергию в стае

Ученые из Северо-Западного политехнического университета Китая смоделировали поведение скатов в группе, чтобы определить, какие конфигурации стаи позволяют тратить меньше энергии при движении. Результаты оказались полезны не только для биологов, но и для инженеров, занимающихся созданием автономных подводных аппаратов.

Исследователи взяли за основу видеозаписи и фотографии мант — крупных морских скатов — и проанализировали три наиболее распространенные формации: "тандем", "прямой треугольник" и "обратный треугольник". С помощью гидродинамического моделирования они изучили, как каждая рыба взаимодействует с окружающей водой и с другими членами группы.

Самой энергоэффективной оказалась последовательная конфигурация — "тандем", в которой скаты плывут строго друг за другом. Лидеру приходится тяжелее всего — он рассекает воду. Зато следующие за ним особи получают энергетический "бонус" от потока, снижая собственные затраты.

В треугольных формациях эффективность оказалась ниже. Особенно неудачной с этой точки зрения была конфигурация, где один скат ведет за собой двух (прямой треугольник): задние особи почти не получают выгоды от движения лидера. Интереснее показал себя "обратный треугольник", где два ската идут впереди, а один — позади. В этой форме лидер тратит много сил, но позади идущий скат выигрывает максимум энергии — это может быть полезно для ослабленных или уставших особей.

Эти данные могут найти применение в биомиметике — науке, которая вдохновляется природными механизмами для создания технологий. Например, автономные подводные дроны в будущем могут использовать групповые стратегии движения, "подсмотренные" у морских животных.

Ученые отмечают, что в будущем планируют масштабировать модель, чтобы оценить поведение более крупных групп на основе данных о тройках скатов. Это поможет лучше понять коллективное поведение как живых организмов, так и искусственных устройств.