Завораживающий танец птичьей стаи или синхронное движение косяка рыб — это не просто красивое зрелище, а сложнейший природный механизм, принципы которого до сих пор оставались загадкой. Новаторское исследование, проведённое математиками из Нью-Йоркского университета, предлагает взглянуть на эти явления под совершенно новым углом. Учёные обнаружили, что группы животных ведут себя подобно мягкому кристаллическому материалу, где каждая особь — это «атом», удерживаемый в упорядоченной решётке гибкими, пружиноподобными связями.
Это открытие позволяет по-новому понять, как стаи и косяки координируют свои движения. Подобно атомам в кристалле, которые могут смещаться под внешним воздействием, птицы и рыбы постоянно корректируют своё положение в ответ на потоки воздуха или воды, появление хищника или препятствие. Как поясняет исследовательница Кристиана Мавройякуму, такая структура по своей природе хрупка и подвержена деформациям. Однако именно эта хрупкость является преимуществом: она позволяет всей группе быть невероятно гибкой и мгновенно реагировать на изменения в окружающей среде.
Чтобы доказать свою теорию, команда профессора Лейфа Ристрофа разработала математическую модель и проверила её с помощью серии оригинальных экспериментов. Вместо живых птиц они использовали флотилию из 3D-печатных крыльев, которые приводились в движение моторами и «хлопали» в воде, имитируя полёт. Эта механизированная «стая» свободно выстраивалась в упорядоченные линии и колонны, двигаясь по воде с разной скоростью.
Результаты превзошли ожидания: поведение искусственных крыльев в точности совпало с предсказаниями модели. Это открытие имеет колоссальное значение не только для биологии. Понимание этих принципов может произвести революцию в аэрокосмической и автомобильной технике, робототехнике и сборе энергии, позволяя создавать системы, которые перемещаются группами с минимальными затратами энергии и максимальной эффективностью.
Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Fluids.
Изображение: разработано Мagnific.
