简单集群游泳者通过水动力相互作用实现的二维稳定自组织
摘要：振荡水翼之间在微小鱼群中的相互作用的约束和自由游动实验和模拟被提出。这些水翼具有相位差同步，通过二维相互作用平面内的顺线、换位和并排阵型进行变化。结果发现，并排阵型存在一个二维稳定的平衡点。实际上，这种阵型非常稳定，意味着在外部干扰下，水动力将被动地保持这种阵型，整个鱼群没有产生使其倾向于一侧的净力。而且，以前发现的由尾迹涡旋相互作用驱动的一维稳定平衡实际上是二维不稳定的，至少对于相位差同步来说。此外，发现一个尾缘涡旋机制提供了稳定并排阵型所需的恢复力。通过对存在动态回弹运动的自由游动水翼进行实验和模拟进一步验证了这种稳定平衡。当受约束时，紧凑的并排阵型的游泳者的集体效率和推进力分别增加了40\%和100\%，而稍微换位的阵型的效率改善更高，提高了84\%的效率和87\%的推进力。稳定并排阵型的自由游动水翼的效率和速度均提高了9\%和15\%。这些新发现的鱼群行为和稳定性特征表明，流体介导的平衡可能在鱼群控制策略和仿生机器人中起到一定作用。
作者：Pedro Costa Ormonde, Melike Kurt, Amin Mivehchi, Keith W. Moored
论文ID：2102.03571
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-01