Il concerto di movimento per cui sono famose le scuole di pesce non è semplicemente un'elaborata esibizione di nuoto sincronizzato. Il loro movimento collettivo apparentemente telepatico fa parte di una strategia collaudata nel tempo per migliorare le possibilità di sopravvivenza del gruppo nel suo insieme, dalla difesa contro i predatori alla ricerca di cibo e all'accoppiamento.

Uno studio pubblicato su Revisione fisica X sta offrendo nuovi dettagli che mostrano come i flussi acquatici creati da alcuni banchi di pesci possono avvantaggiare ciascuno dei suoi singoli membri in un altro modo:idrodinamicamente.

Un team di ricerca del New Jersey Institute of Technology (NJIT) e della New York University (NYU) ha presentato un nuovo modello matematico in grado di determinare quali formazioni danno ai nuotatori di una scuola il più grande vantaggio in termini di efficienza energetica e velocità, in particolare se confrontato con i pesci senza scuola.

I ricercatori affermano che lo studio offre un quadro fisico che illustra come i nuotatori nei banchi di pesci siano influenzati dalla connessione costante tra il battito d'ali di ciascun nuotatore e i persistenti vortici di flusso generati dal collettivo.

"C'è molta letteratura scientifica che si è concentrata sulle dinamiche dei banchi di pesci e sulle interazioni sociali che li modellano, come la necessità di assumere formazioni per evitare i predatori, ad esempio, " disse Anand Oza, assistente professore presso il Dipartimento di Matematica del NJIT e uno degli autori dello studio. "Spesso trascurato, però, è stata la fluidodinamica... 'i flussi di fluidi possono effettivamente influenzare la struttura delle scuole?'. Quello che trovo eccitante è che con questo studio possiamo ora indicare quantitativamente come l'idrodinamica può aiutare o addirittura ostacolare una scuola".

Il team ha esaminato quattro tipi comuni di formazione di banchi di pesci in movimento:formazioni in linea, formazioni "a falange" in fila indiana, formazioni "reticolo" rettangolari; e formazioni reticolari di diamante.

Applicando i dati sperimentali di studi precedenti condotti alla NYU al loro modello, il team ha catturato una serie di sottili interazioni idrodinamiche che si verificano all'interno di vari banchi di pesci, mostrando quanta energia è stata esercitata da ciascun pesce dai loro movimenti di sbattimento mentre nuotavano all'interno della loro formazione. Il modello della squadra ha anche tenuto traccia delle forze dovute a piccoli vortici simili a vortici che i nuotatori versano ad ogni colpo, mostrando quanto i pesci fossero spinti dai flussi di vortice generati dai loro compagni di scuola.

Globale, le simulazioni al computer del team hanno rivelato che le scuole formate in un'unica linea trasversale (falange) hanno ricevuto velocità marginale e risparmi energetici rispetto ai nuotatori solitari, mentre le formazioni reticolari in linea e rettangolari hanno offerto miglioramenti sostanziali. Però, il team ha osservato che i pesci organizzati in una formazione reticolare a diamante ricevevano il maggior vantaggio idrodinamico.

"Trovare che la formazione del diamante è la migliore non è stato del tutto sorprendente, ma quello che abbiamo imparato è che non tutti i diamanti sono uguali... la geometria conta. In genere, più sottile è la formazione del diamante, migliore è la prestazione, " ha spiegato Oza.

Oza ora dice che il loro team spera di sviluppare ulteriormente il loro modello per studiare dinamiche simili negli stormi di uccelli. I risultati potrebbero avere applicazioni ingegneristiche nella raccolta di energia e nella propulsione, forse in modi che possono essere utili per lo sviluppo di parchi eolici più efficienti.

"Dobbiamo convalidare ulteriormente il nostro modello e condurre più test, ma idealmente potrei vedere modelli concettualmente simili usati per aiutare a determinare come organizzare le turbine eoliche insieme per ottenere la migliore produzione di energia, ", ha detto Oza. "Vorremmo anche usare questo modello per vedere come i vortici e la memoria mediata dai fluidi possono influenzare il comportamento collettivo di scuole e greggi densamente affollati o disordinati. Si tratta di una prospettiva entusiasmante che non è stata esplorata molto".