Parte della risposta risiede in interazioni aerodinamiche precise e precedentemente sconosciute, riferisce un team di matematici in uno studio appena pubblicato. Questa innovazione amplia la nostra comprensione della fauna selvatica, compresi i pesci, che si spostano nei banchi, e potrebbe avere applicazioni nel settore dei trasporti e dell'energia.

"Quest'area di ricerca è importante poiché è noto che gli animali sfruttano i flussi, come l'aria o l'acqua, lasciati da altri membri di un gruppo per risparmiare l'energia necessaria per muoversi o per ridurre la resistenza o la resistenza", spiega Leif Ristroph, professore associato presso il Courant Institute of Mathematical Sciences della New York University e autore senior dell'articolo, apparso sulla rivista Nature Communications .

"Il nostro lavoro potrebbe avere applicazioni anche nei trasporti, come la propulsione efficiente attraverso l'aria o l'acqua, e nell'energia, come la raccolta più efficace dell'energia dal vento, dalle correnti d'acqua o dalle onde."

I risultati del team mostrano che l'impatto dell'aerodinamica dipende dalle dimensioni del gruppo volante, avvantaggiando i piccoli gruppi e disturbando quelli grandi.

"Le interazioni aerodinamiche nei piccoli stormi di uccelli aiutano ciascun membro a mantenere una certa posizione speciale rispetto al vicino principale, ma i gruppi più grandi sono disturbati da un effetto che sposta i membri da queste posizioni e può causare collisioni", osserva Sophie Ramananarivo, assistente professore. all'École Polytechnique Paris e uno degli autori dell'articolo.

In precedenza, Ristroph e i suoi colleghi avevano scoperto come gli uccelli si muovono in gruppo, ma questi risultati erano stati tratti da esperimenti che imitavano le interazioni di “due” uccelli. Le nuove Comunicazioni sulla Natura la ricerca ha ampliato l'indagine per tenere conto di molti volantini.

Per replicare le formazioni colonnari degli uccelli, in cui si allineano uno direttamente dietro l'altro, i ricercatori hanno creato flapper meccanizzati che agiscono come le ali degli uccelli. Le ali sono state stampate in 3D in plastica e azionate da motori per sbattere nell'acqua, replicando il modo in cui l'aria scorre attorno alle ali degli uccelli durante il volo.

Questo "finto stormo" si muoveva attraverso l'acqua e poteva disporsi liberamente all'interno di una fila o di una coda.

I flussi hanno influenzato l'organizzazione del gruppo in modi diversi, a seconda delle dimensioni del gruppo.

Per piccoli gruppi fino a circa quattro volantini, i ricercatori hanno scoperto un effetto grazie al quale ciascun membro riceve aiuto dalle interazioni aerodinamiche nel mantenere la propria posizione rispetto ai vicini.

"Se un volantino viene spostato dalla sua posizione, i vortici o i turbinii di flusso lasciati dal vicino principale aiutano a spingere il follower al suo posto e a trattenerlo lì," spiega Ristroph, direttore del Laboratorio di Matematica Applicata della New York University, dove sono stati condotti gli esperimenti. . "Ciò significa che i volantini possono raggrupparsi in una coda ordinata con spaziatura regolare automaticamente e senza sforzi aggiuntivi, poiché la fisica fa tutto il lavoro.

"Per i gruppi più grandi, tuttavia, queste interazioni di flusso fanno sì che i membri successivi vengano spinti qua e là e gettati fuori posizione, causando tipicamente una rottura dello stormo a causa di collisioni tra i membri. Ciò significa che i gruppi molto lunghi osservati in alcuni tipi di uccelli sono non è affatto facile da formare, e i membri successivi probabilmente dovranno lavorare costantemente per mantenere le loro posizioni ed evitare di scontrarsi con i loro vicini."

Gli autori hanno quindi utilizzato la modellazione matematica per comprendere meglio le forze sottostanti che guidano i risultati sperimentali.

Qui hanno concluso che le interazioni mediate dal flusso tra vicini sono, in effetti, forze simili a molle che tengono ciascun membro al suo posto, proprio come se i vagoni di un treno fossero collegati da molle.

Tuttavia, queste "molle" agiscono in una sola direzione (un uccello guida può esercitare una forza sul suo seguito, ma non viceversa) e questa interazione non reciproca significa che i membri successivi tendono a risuonare o oscillare selvaggiamente.

"Le oscillazioni sembrano onde che fanno oscillare i membri avanti e indietro e che viaggiano lungo il gruppo e aumentano di intensità, facendo schiantare i membri successivi", spiega Joel Newbolt, che era uno studente laureato in fisica della New York University al momento della ricerca.

Il team ha chiamato questi nuovi tipi di onde “floni”, che si basa sul concetto simile di fononi che si riferiscono alle onde vibrazionali in sistemi di masse collegate da molle e che vengono utilizzati per modellare i movimenti di atomi o molecole in cristalli o altri materiali. .

"Le nostre scoperte sollevano quindi alcune interessanti connessioni con la fisica materiale in cui gli uccelli in uno stormo ordinato sono analoghi agli atomi in un normale cristallo", aggiunge Newbolt.