Den rörelsekonsert som fiskskolor är kända för är inte bara en genomarbetad visning av synkroniserad simning. Deras till synes telepatiska kollektiva rörelse är en del av en testad strategi för att förbättra gruppens chanser att överleva som helhet, från försvar mot rovdjur till matsökning och parning.

En studie publicerad i Fysisk granskning X erbjuder nya detaljer som visar hur de vattenflöden som skapas av vissa fiskeskolor kan gynna var och en av dess enskilda medlemmar på ännu ett annat sätt - hydrodynamiskt.

Ett forskargrupp från New Jersey Institute of Technology (NJIT) och New York University (NYU) har visat upp en ny matematisk modell som kan avgöra vilka formationer som ger en skols simmare den största fördelen när det gäller energieffektivitet och hastigheter, särskilt jämfört med fiskar utan skola.

Forskarna säger att studien ger en fysisk bild som illustrerar hur simmare i fiskskolor påverkas genom det ständiga sambandet mellan varje simmares flaxande vingar och de ihållande flödesvirvlar som genereras av kollektivet.

"Det finns mycket vetenskaplig litteratur som har fokuserat på dynamiken i fiskskolor och sociala interaktioner som formar dem, till exempel behovet av att ta upp formationer för att undvika rovdjur, till exempel, "sade Anand Oza, biträdande professor vid NJIT:s matematiska institution och en av studiens författare. "Ofta försummat, dock, har varit vätskedynamik ... "kan vätskeströmmar faktiskt påverka skolornas struktur?". Det jag tycker är spännande är att vi med denna studie nu kvantitativt kan peka på hur hydrodynamik kan hjälpa eller till och med hindra en skola. "

Teamet undersökte fyra vanliga fiskskolformationstyper i rörelse:in-line formationer, enkelfiliga "falanska" formationer, rektangulära "gitter" -formationer; och diamantgitterformationer.

Genom att tillämpa experimentella data från tidigare studier vid NYU på deras modell, laget fångade en rad subtila hydrodynamiska interaktioner som förekommer inom olika fiskskolor, visar hur mycket energi som utövades av varje fisk från deras flaxande rörelser när de simmade inom sin formation. Lagets modell höll också koll på krafterna på grund av små virvel-liknande virvlar som simmarna kasta med varje slag, visar hur mycket fiskarna drevs fram genom virvelflöden som genererades av deras skolkamrater.

Övergripande, lagets datasimuleringar avslöjade att skolor som bildades i en enda linje tvärs över (falanx) fick marginalhastighet och energibesparingar jämfört med ensamma simmare, medan in-line och rektangulära gitterformationer erbjöd betydande förbättringar. Dock, laget observerade att fiskar organiserade i en diamantgitterformation fick den största hydrodynamiska fördelen.

"Att finna att diamantformationen är bäst var inte helt överraskande, men det vi lärde oss är att alla diamanter inte är lika ... geometrin spelar roll. Rent generellt, desto tunnare diamantformation, desto bättre prestanda, "förklarade Oza.

Oza säger nu att deras team hoppas kunna utveckla sin modell för att studera liknande dynamik i fågelflockar. Resultaten kan ha tekniska tillämpningar inom energihämtning och framdrivning, kanske på sätt som kan vara användbara för att utveckla mer effektiva vindkraftparker.

"Vi måste ytterligare validera vår modell och genomföra fler tester, men helst kunde jag se begreppsmässigt liknande modeller som används för att avgöra hur vindkraftverk ska ordnas tillsammans för att få bästa möjliga energiutgång, "sa Oza." Vi skulle också vilja använda den här modellen för att se hur virvlar och vätskeförmedlat minne kan påverka det kollektiva beteendet hos tätt packade eller oroliga skolor och flockar. Det är en spännande blick framåt som inte har undersökts så mycket. "