Parte de la respuesta radica en interacciones aerodinámicas precisas y previamente desconocidas, informa un equipo de matemáticos en un estudio recientemente publicado. Su avance amplía nuestra comprensión de la vida silvestre, incluidos los peces, que se mueven en escuelas, y podría tener aplicaciones en el transporte y la energía.

"Esta área de investigación es importante ya que se sabe que los animales aprovechan los flujos, como el aire o el agua, que dejan otros miembros de un grupo para ahorrar la energía necesaria para moverse o reducir el arrastre o la resistencia", explica Leif. Ristroph, profesor asociado del Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York y autor principal del artículo, que aparece en la revista Nature Communications. .

"Nuestro trabajo también puede tener aplicaciones en el transporte, como la propulsión eficiente a través del aire o el agua, y en la energía, como la recolección más efectiva de energía del viento, las corrientes de agua o las olas".

Los resultados del equipo muestran que el impacto de la aerodinámica depende del tamaño del grupo de vuelo:beneficia a los grupos pequeños y perjudica a los grandes.

"Las interacciones aerodinámicas en bandadas de pájaros pequeños ayudan a cada miembro a mantener una determinada posición especial en relación con su vecino líder, pero los grupos más grandes se ven perturbados por un efecto que desaloja a los miembros de estas posiciones y puede causar colisiones", señala Sophie Ramananarivo, profesora asistente. en École Polytechnique Paris y uno de los autores del artículo.

Anteriormente, Ristroph y sus colegas descubrieron cómo se mueven las aves en grupos, pero estos hallazgos se obtuvieron de experimentos que imitaban las interacciones de "dos" aves. Las nuevas Comunicaciones de la Naturaleza La investigación amplió la investigación para dar cuenta de muchos folletos.

Para replicar las formaciones columnares de las aves, en las que se alinean una directamente detrás de la otra, los investigadores crearon aletas mecanizadas que actúan como alas de pájaros. Las alas se imprimieron en 3D a partir de plástico y fueron impulsadas por motores para batir en el agua, lo que replicaba cómo fluye el aire alrededor de las alas de los pájaros durante el vuelo.

Esta "bandada simulada" se impulsaba a través del agua y podía organizarse libremente dentro de una fila o fila.

Los flujos afectaron la organización del grupo de diferentes maneras, dependiendo del tamaño del grupo.

Para grupos pequeños de hasta cuatro personas, los investigadores descubrieron un efecto mediante el cual cada miembro recibe ayuda de las interacciones aerodinámicas para mantener su posición relativa a sus vecinos.

"Si un volante se desplaza de su posición, los vórtices o remolinos de flujo que deja el vecino líder ayudan a empujar al seguidor hacia su lugar y mantenerlo allí", explica Ristroph, director del Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York, donde se llevaron a cabo los experimentos. . "Esto significa que los volantes pueden formar una cola ordenada con espacios regulares de forma automática y sin esfuerzo adicional, ya que la física hace todo el trabajo.

"Sin embargo, en el caso de grupos más grandes, estas interacciones de flujo hacen que los miembros posteriores sean empujados y expulsados ​​de su posición, lo que normalmente provoca una ruptura de la bandada debido a colisiones entre los miembros. Esto significa que los grupos muy largos que se ven en algunos tipos de aves son No es nada fácil de formar, y los miembros posteriores probablemente tengan que trabajar constantemente para mantener sus posiciones y evitar chocar con sus vecinos".

Luego, los autores implementaron modelos matemáticos para comprender mejor las fuerzas subyacentes que impulsan los resultados experimentales.

Aquí, concluyeron que las interacciones mediadas por el flujo entre vecinos son, en efecto, fuerzas similares a resortes que mantienen a cada miembro en su lugar, tal como si los vagones de un tren estuvieran conectados por resortes.

Sin embargo, estos "resortes" actúan en una sola dirección (un pájaro guía puede ejercer fuerza sobre su seguidor, pero no al revés) y esta interacción no recíproca significa que los miembros posteriores tienden a resonar u oscilar salvajemente.

"Las oscilaciones parecen ondas que sacuden a los miembros hacia adelante y hacia atrás y que viajan hacia abajo en el grupo y aumentan en intensidad, causando que los miembros posteriores choquen entre sí", explica Joel Newbolt, que era un estudiante de posgrado en física de la Universidad de Nueva York en el momento de la investigación.

El equipo denominó a estos nuevos tipos de ondas "floones", que se basa en el concepto similar de fonones que se refieren a ondas vibratorias en sistemas de masas unidas por resortes y que se utilizan para modelar los movimientos de átomos o moléculas en cristales u otros materiales. .

"Por lo tanto, nuestros hallazgos plantean algunas conexiones interesantes con la física de los materiales, en la que las aves en una bandada ordenada son análogas a los átomos de un cristal normal", añade Newbolt.