鸟是如何聚集的？研究人员通过计算揭示了以前未知的空气动力学现象

在春天的最初几周抬头看天空，你很可能会看到一群鸟在向北迁徙时齐声移动。但是，这些生物是如何以如此协调和看似毫不费力的方式飞行的呢

一组数学家在一项最新发表的研究中报告称，部分答案在于精确的、以前未知的空气动力学相互作用。它的突破拓宽了我们对野生动物的理解，包括鱼类，它们在学校里活动，并可能在交通和能源方面有应用。“这一研究领域很重要，因为众所周知，动物会利用群体其他成员留下的气流，如空气或水，来节省移动所需的能量，或减少阻力或阻力，”纽约大学Courant数学科学研究所副教授、发表在《自然通讯》杂志上的论文的高级作者Leif Ristrop解释道

“我们的工作也可能应用于运输，如通过空气或水的高效推进，以及能源，如更有效地从风、水流或波浪中获取动力。”

团队的研究结果表明，空气动力学的影响取决于飞行群的大小；使小团体受益，破坏大团体

É；的助理教授Sophie Ramananarivo指出：“小型鸟类群中的空气动力学相互作用有助于每个成员相对于其主要邻居保持特定的位置，但较大的群体会被一种将成员从这些位置移开的效应所干扰，并可能导致碰撞。”；巴黎理工学院和论文作者之一

此前，Ristroph和他的同事发现了鸟类是如何成群活动的；但这些发现是从模拟“两只”鸟相互作用的实验中得出的。新的《自然通讯》研究将调查范围扩大到许多传单

为了复制鸟类的柱状结构，即它们一只排在另一只的正后方，研究人员创造了机械化的挡板，其作用就像鸟类的翅膀。翅膀是用塑料3D打印的，由电机驱动在水中拍打，这复制了飞行过程中空气在翅膀周围的流动方式

这种“模拟羊群”在水中推进，可以自由地排成一行或一队

流程以不同方式影响集团组织&mdash；取决于组的大小

对于最多约四名飞行员的小组，研究人员发现了一种效果，即每个成员在保持相对于邻居的位置时都能从空气动力学相互作用中获得帮助

纽约大学应用数学实验室主任Ristroph解释道：“如果飞行物偏离了它的位置，领先的邻居留下的涡流或漩涡有助于将跟随者推回到原位并将其固定在那里。”。“这意味着，由于物理完成了所有的工作，飞行者可以自动组成一个规则间隔的有序队列，而无需额外的努力。

”然而，对于较大的群体，这些流动的相互作用会导致后来的成员被挤来挤去，并被甩出位置，通常会由于成员之间的碰撞而导致群体崩溃。这意味着，在某些类型的鸟类中看到的非常长的群体根本不容易形成，后来的成员可能不得不不断地工作来保持自己的位置，避免撞到邻居。“

然后，作者运用数学建模来更好地理解驱动实验结果的基本力。

在这里，他们得出的结论是，邻居之间的流动介导的相互作用实际上是将每个成员固定在适当位置的弹簧状力，就像火车的车厢由弹簧连接一样。

然而，这些“弹簧”只作用于一个方向，即引导鸟可以对其跟随者施加力，但不能反过来施加力，这种不可逆的相互作用意味着后来的成员往往会产生共振或剧烈振荡。研究时是纽约大学物理学研究生的Joel Newbolt解释道。

研究小组将这些新型波命名为“flonons，Newbolt补充道：“这是基于声子的类似概念，声子是指由弹簧连接的质量系统中的振动波，用于模拟晶体或其他材料中原子或分子的运动