I ricercatori dell’Università di Tohoku hanno sviluppato un modello che simula il movimento delle pinne della coda dei pesci. Il modello svela i meccanismi alla base di un fenomeno comunemente osservato nei pesci: come sincronizzano il movimento delle pinne caudali, cavalcando i vortici risultanti creati, risparmiando così energia.
I dettagli della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Fisica dei fluidi il 2 novembre 2023, dove è stato selezionato come articolo in primo piano.
“Un’ipotesi di vecchia data sui pesci che nuotano è che essi sfruttino il flusso di vortici generato da altri pesci per risparmiare energia”, spiega Susumu Ito. “Lavorano in tandem per utilizzare la via del vortice Kármán inverso e regolare di conseguenza le loro pinne caudali.”
Nella dinamica dei fluidi, un vortice di Kármán è una corrente vorticosa che si forma dietro un oggetto che si muove attraverso un fluido. Nella versione inversa, i vortici hanno un senso di rotazione opposto.
Per chiarire meglio questi meccanismi, i ricercatori hanno sviluppato un modello teorico unico che considera non solo i movimenti regolari guidati dai muscoli e l’impatto delle forze dell’acqua, ma anche le variazioni naturali, come i fattori fisiologici, che possono influenzare il modo in cui i pesci si muovono. Ciò ha consentito al modello di imitare in modo più dettagliato il modo in cui i pesci coordinano naturalmente le loro azioni.
Dopo aver eseguito simulazioni numeriche, Ito e il suo team sono stati in grado di replicare la sincronizzazione delle pinne caudali e dimostrare che ciò si traduce in una significativa riduzione della dissipazione di energia per una coppia di pesci a distanze inferiori alla metà della lunghezza del corpo. Tuttavia, i risultati suggeriscono anche che la tempistica tipica dei movimenti delle pinne tra due pesci non porta al modo ottimale di risparmiare energia.
Inoltre, il modello ha riprodotto alcune proprietà fondamentali del nuoto in solitaria, come la relazione tra la velocità del nuoto e la frequenza del battito della coda. Il modello si applica anche a varie specie di pesci che nuotano con uno stile carangiforme o subcarangiforme, come il sugarello, la trota, il salmone, la carpa e il pesce rosso.
“Abbiamo illuminato le dinamiche della sincronizzazione nelle specie biologiche, che possono essere applicate anche ad altre creature viventi come uccelli, animali, batteri e persino eucarioti unicellulari”, aggiunge Ito. “I benefici si estendono anche alla robotica; la scoperta potrebbe aiutare a trovare nuove strategie di risparmio energetico per gruppi di droni che si muovono in coordinamento.”
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
