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Pesquisadores da Universidade de Tohoku desenvolveram um modelo que simula o movimento das nadadeiras da cauda dos peixes. O modelo revela os mecanismos subjacentes a um fenómeno comummente observado nos peixes: como sincronizam o movimento das barbatanas caudais, aproveitando os vórtices resultantes criados, poupando assim energia.
Detalhes da pesquisa foram publicados na revista Física dos Fluidos em 2 de novembro de 2023, onde foi selecionado como Artigo em Destaque.
“Uma hipótese antiga sobre os peixes nadadores é que eles exploram o fluxo de vórtice gerado por outros peixes para economizar energia”, explica Susumu Ito. “Eles trabalham em conjunto para utilizar a rua do vórtice reverso de Kármán e ajustar suas nadadeiras caudais de acordo.”
Na dinâmica dos fluidos, um vórtice de Kármán são correntes giratórias que se formam atrás de um objeto que se move através de um fluido. Na versão reversa, os vórtices têm sentido de rotação oposto.
Para elucidar mais sobre esta mecânica, os investigadores desenvolveram um modelo teórico único que considera não apenas os movimentos regulares impulsionados pelos músculos e o impacto das forças da água, mas também as variações naturais, como factores fisiológicos, que podem afectar a forma como os peixes se movem. Isto permitiu ao modelo imitar com mais detalhes a forma como os peixes coordenam naturalmente as suas ações.
Depois de realizar simulações numéricas, Ito e sua equipe conseguiram replicar a sincronização das nadadeiras caudais e demonstrar que isso resulta em uma redução significativa na dissipação de energia para um par de peixes em distâncias inferiores a meio comprimento do corpo. No entanto, os resultados também sugerem que o momento típico dos movimentos das barbatanas entre dois peixes não conduz ao meio ideal de conservação de energia.
Além disso, o modelo reproduziu algumas propriedades fundamentais da natação solo, como a relação entre a velocidade de natação e a frequência do batimento de cauda. O modelo também se aplica a várias espécies de peixes que nadam com estilo carangiforme ou subcarangiforme, como carapau, truta, salmão, carpa e peixinho dourado.
“Iluminamos a dinâmica da sincronização nas espécies biológicas, que também pode ser aplicada a outras criaturas vivas, como pássaros, animais, bactérias e até eucariotos unicelulares”, acrescenta Ito. “Os benefícios estendem-se também à robótica; a descoberta pode ajudar a encontrar novas estratégias de poupança de energia para grupos de drones que se movem em coordenação.”
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