具有自主鳍运动的鱼类自推进模型的涡相匹配

鱼群如何借助他者脱落的涡来优化自身运动是一个长期存在的问题。近期一项实验研究表明，一对鱼根据其距离通过匹配摆尾相位来降低能量消耗。为阐明鱼通过涡介导的水动力相互作用控制尾鳍运动的动力学机制，我们引入了一种带主动拍动板的自推进游动者新模型。该模型除考虑鳍上的水动力与弹性力矩外，还纳入了产生尾部肌肉节律性但含噪活动的中枢模式发生器网络的作用。对于单条鱼，模型再现了游速与摆尾频率之间的线性关系，以及速度、摆尾振幅和频率的分布。对于一对鱼，分布函数与能量耗散率均作为前后距离和拍动相位差的函数呈现出周期性模式。我们表明，一对鱼通过水动力相互作用自发调整其距离与相位差以降低能量消耗。