Energiamegtakarítás örvényfázis-egyeztetéssel

Ehhez elsősorban meg kellet mérni a rajban úszó halak energiafelhasználását, aminek eddig pontos vizsgálata még nem volt lehetséges.

Az elméleti modellek és a becslések utána azonban sikerült megoldani ezt az akadályt, minek után a kutatók kifejlesztettek egy olyan 3D robothalat, ami rugalmas farokúszóval rendelkezik, ezáltal olyan mozgást tud imitálni, mint egy valódi hal.

A robothal képes a rajjal való együttúszás során a halak energiafogyasztásának közvetlen mérését elvégezni, valamint a magányos egyedek úszásával járó energiafelhasználással összehasonlítani. A fejlesztéssel vizsgálhatóvá vált, hogy pontosan mennyi energiát használnak fel a halak úszás közben.

A robothallal több mint 10 ezer mérést végeztek. Minden lehetséges helyzetben adatokat gyűjtött a követő halakról és a vezetőkről egyaránt, majd összehasonlították az energiafelhasználást az egyéni úszással. Az eredmények egyértelmű különbséget mutattak.

A vizsgálati eredmények kimutatták, hogy az rajban vezető szerepet betöltő halak befolyásolják a mögöttük lévő társaik hidrodinamikáját.
A követő hal számára az úszáshoz szükséges energiabefektetést két tényező határozza meg: a vezető mögötti távolság és a farokcsapások időzítése.

A kutatók ezt a jelenséget “örvényfázis-egyeztetésnek” nevezték.

Abban az esetben, ha a követő hal a vezető mellett van, akkor energiatakarékosság szempontjából a legüdvösebb, ha a farokcsapások megegyező időzítéssel állnak szinkronban a vezető hal farokmozgásával. De amikor a követők lemaradnak, el kell térniük az egyidejű mozgástól, és egyre nagyobb késéssel reagálni a vezető farokcsapásaira.

A kutatók a hidrodinamikai folyamatok megjelenítéséhez apró hidrogénbuborékokat bocsátottak a vízbe, amelyeket lézerrel megvilágítottak, ezzel pedig láthatóvá váltak a robothalak úszó mozgása által létrehozott örvények. Az örvények a vezető halról leválnak és halhoz képest hátrafelé mozognak.

A vizualizáció azt is megmutatta, hogy a követő halak ezeket az örvényeket különféle módon tudják hasznosítani.
Végezetül a vizsgálat arra is fényt derített, hogy a halak valóban kihasználják-e az örvényfázis-egyeztetés stratégiáját az energiatakarékosság érdekében. Ehhez mesterséges intelligencia alapú elemzésre volt szükség, melynek alkalmazásával mérhetővé vált a halak természetes viselkedésük során mutatott örvényfázis-egyeztetés stratégia használata. A halak mozgási szinkronizálásában felfedeztek egy szabályszerűséget, amely láttatja, hogy a halak folyamatosan kihasználják a szomszédjuk által létrehozott örvényeket.