Mapeamento de Padrões Espaciais para Benefícios Energéticos em Grupos de Nadadores Acoplados por Fluxo

O movimento coordenado de grupos de animais através de fluidos é considerado uma forma de reduzir o custo de locomoção para os indivíduos do grupo. No entanto, a conexão entre os padrões espaciais observados em animais que se movem coletivamente e os benefícios energéticos em cada posição dentro do grupo permanece pouco clara. Para abordar essa lacuna de conhecimento, estudamos a emergência espontânea de formações coesas em grupos de peixes, modelados como lâminas oscilantes, todos se deslocando na mesma direção. Mostramos em formações par a par e com aumento do tamanho do grupo que (1) em arranjos lado a lado, a natureza recíproca do acoplamento por fluxo resulta em uma distribuição igual das exigências energéticas entre todos os membros, com redução no custo de locomoção para nadadores que batem as patas em fase, mas um aumento no custo para nadadores que batem antiphase, e (2) em arranjos em linha, o acoplamento por fluxo é não recíproco para todas as fases de oscilação, com economias energéticas em favor dos nadadores posteriores, mas apenas até um número finito de nadadores, além do qual a coesão da escola e os benefícios energéticos são perdidos de uma só vez. Explicamos essas descobertas mecanicamente e fornecemos ferramentas de diagnóstico eficientes para identificar locais na esteira de nadadores únicos e múltiplos que oferecem oportunidades para benefícios hidrodinâmicos a seguidores aspirantes. Nossos resultados implicam uma conexão entre os recursos gerados pela física do fluxo e características sociais que influenciam comportamentos de grupo gananciosos e cooperativos.