简单群游游泳者通过水动力交互产生二维稳定自组织
流体动力学
2023-08-01 v3
摘要
我们展示了一对在一个最小鱼群中相互作用的俯仰水翼的受限与自由游动新实验与模拟。水翼采用反相同步，并在二维交互平面内通过纵列、错列和并排队形进行变化。研究发现并排队形存在一个二维稳定的平衡点。事实上，该队形是超稳定的，意味着水动力将被动维持此队形，即使存在外部扰动，且鱼群整体不受导致其向一侧或另一侧漂移的净力作用。此外，先前发现的由尾流涡交互驱动的单向稳定平衡被证明实际上是二维不稳定的，至少对于反相同步而言如此。另外，研究发现后缘涡机制提供了恢复力以稳定并排队形。该稳定平衡进一步由存在动态反冲运动的自由游动水翼的实验与模拟所验证。当受限时，紧凑并排队形中的游泳者集体效率和推力分别提升高达40%和100%，而略微错列的队形输出更高的效率提升84%且推力增加87%。稳定并排队形中的自由游动水翼显示效率和速度分别增强高达9%和15%。这些新发现的群游性能与稳定性特征表明，流体介导的平衡可能在群游鱼类和仿鱼机器人的控制策略中发挥作用。
引用
@article{arxiv.2102.03571,
title = {Two-dimensionally stable self-organization arises in simple schooling swimmers through hydrodynamic interactions},
author = {Pedro Costa Ormonde and Melike Kurt and Amin Mivehchi and Keith W. Moored},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.03571},
year = {2023}
}