Ett team av forskare har identifierat de bästa arrangemangen för fisk som simmar i skolor – formationer som är överlägsna när det gäller att spara energi samtidigt som de optimerar hastigheten. Dess fynd, som finns i journalen Fysisk granskning X , peka på potentiella nya sätt att förbättra energiproducerande teknik.

Arbetet, utförd av forskare vid New York Universitys Courant Institute of Mathematical Sciences, bekräftar också en långvarig tro:fiskar som simmar i ordnade grupper eller formationer spenderar mindre energi och rör sig snabbare än när de simmar ensamma.

"Djur har kommit på några intressanta knep som kan spara energi och röra sig snabbare, och dessa beteenden kan översättas till nya energiskördande och framdrivningsanordningar, säger Leif Ristroph, en docent vid Courant Institute och en av tidningens medförfattare. "Vår modell kan informera om hur man optimerar sådana tekniker."

Med hjälp av en ny typ av matematisk modell, laget, som också inkluderade Michael Shelley, professor vid Courant Institute, och Anand Oza, en biträdande professor vid New Jersey Institute of Technology, fokuserade på flera arrangemang av simmare för att se vilka som var bäst när det gäller att spara energin som krävs för att simma och förbättra simhastigheten för gruppen. Särskilt, med hjälp av datasimuleringar, de undersökte hur flera flaxande simmare avger virvlar, eller virvlande flöden, och interagerar också med virvelflödena som produceras av andra i skolan.

I varje testad skolbildning, gruppen simmare använde mindre energi och rörde sig snabbare än ensamma simmare, med några anmärkningsvärda skillnader mellan dessa arrangemang:

• Phalanx arrangemang, där fiskar står uppradade sida vid sida, visade blygsamma förbättringar jämfört med en ensam simmare;
• Tandemformationer, där fiskar radas upp en fil efter en, visade ännu mer förbättring jämfört med en ensam simmare;
• Rektangulära gitterformationer - som kombinerar falang- och tandemformationerna så att varje fisk har grannar direkt uppströms, nedströms och till vardera sidan — var överlägsna både tandem- och falangskolorna;
• Diamantformade galler, där varje fisk har en direkt uppströms granne samt två grannar uppströms och något förskjutna till varje sida, gav de största hastigheterna och största energibesparingarna – dvs. den bästa formationen testad.

Forskarna noterar att både falang- och diamantgitterformationerna har observerats i fiskstim, med mindre skolor som tenderar att anta en falangformation och större skolor väljer ett diamantgitter.

"Genom att formulera en matematisk modell som kan hantera många simmare som interagerar genom deras kollektivt genererade flöden, vi tror att vi har erbjudit ett konkret stöd för tanken att stimfisk kan dra nytta av flödesinteraktioner, " observerar Ristroph. "Vi hoppas också kunna tillämpa samma metoder på andra relaterade problem – till exempel, flygande formationer av fåglar."