类金枪鱼式游动者经流体介导的稳定侧靠形式
流体动力学
2025-12-22 v1
摘要
对三维、基于黄金枪鱼（Thunnus albacares）设计的生物机器人游动器进行了新型自由游动实验与仿真。发现该对游动器会自然收敛至一种稳定的侧靠式鱼群形态，在固定横向间距下对游动方向的扰动具有稳定性。我们揭示了对于43%肢体长度的近距离横向间距以及22%厚度比（厚实的金枪鱼式肢体），游动器之间的流体在“通道化效应”下加速，由于流体约束产生低压区，这成为产生流体介导的恢复力的主要机制，从而使侧靠式形态具有流体力学稳定性。这种准稳态机制使该形态的稳定性对生物机器人之间相位同步性不敏感，与之前关于鱼群式机翼的结果不同。此外，在侧靠式形态下，类金枪鱼式游动器仅有小幅度的游动速度下降，同时伴随较小的能耗比上升。通过利用这种通道化效应，生物机器人鱼群可能能够以极少或没有控制地维持鱼群形态。这种流体机制也可能存在于金枪鱼类鱼类的生物学鱼群中，从而塑造了自然界中观察到的形态。
引用
@article{arxiv.2512.17888,
title = {Tuna-Like Swimmers Experience a Fluid-Mediated Stable Side-by-Side Formation},
author = {Pedro C. Ormonde and Matthew Stasolla and Alec Menzer and Joseph Zhu and Hilary Bart-Smith and Haibo Dong and Keith W. Moored},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.17888},
year = {2025}
}