利用机器鱼探究鱼群节能的水动力机制

鱼类常以高度组织化的鱼群形式游动。这些构型最广为人知的功能之一是节能。在此，我们通过一系列关于“群游”机器鱼的实验验证该假设并探索其机制，这些机器鱼具有柔性身体可主动波动，类似于真实鱼类。我们发现，当鱼群以与真实鱼群相同的空间阵列游动时，跟随者的能量消耗主要取决于相位差（即跟随者身体波领先或滞后于领导者身体波的一个相位角），而非空间阵列。通过流动可视化的进一步分析表明，当相位差对应于跟随者拍动方向与由领导者脱落的涡偶极子所诱导流场方向相同的情形时，跟随者节省能量。本文使用仿生机器人验证生物学假设，也为工程、物理与生物领域之间的联系提供了新视角。