Nadar em cardumes ajuda os peixes a evitar predadores, mas também permite que conservem energia. Esta é a descoberta de pesquisadores na Alemanha, China e Hungria que usaram robôs semelhantes a peixes para investigar como peixes reais podem ganhar com os vórtices aquáticos que outros peixes geram enquanto nadam. O fenômeno que eles observaram é conhecido como combinação de fase de vórtice, e os pesquisadores dizem que entender como ele funciona pode inspirar o desenvolvimento de veículos subaquáticos mais eficientes, como peixes.
Embora os cientistas suspeitem há muito tempo que peixes nadadores podem explorar os fluxos hidrodinâmicos giratórios criados por seus vizinhos, não estava claro como os peixes individuais coordenavam seus movimentos para se beneficiar desses vórtices. Pesquisadores liderados por Iain Couzin no Instituto Max Planck de Comportamento Animal e na Universidade de Konstanz estudaram esta questão construindo robôs semelhantes a peixes e medindo quanta energia eles consomem ao nadar em pares (a configuração de natação mais comum em populações naturais de peixes) comparados para quando eles nadam sozinhos. Essas medições, dizem eles, seriam impossíveis de realizar em animais reais.
“Robofish”
Os peixes robóticos dos pesquisadores têm 45 cm de comprimento e uma massa de 0,8 kg. Cada um possui três servo-motores sequenciais que são conectados a juntas cobertas por uma pele de borracha macia e impermeável, e controlados usando um ?gerador de padrão central? que permite ao robô imitar as ondulações de peixes reais.
Ao longo de 10 080 testes (representando 120 horas de natação), os pesquisadores monitoraram como seu “peixe-robô” se comportava quando colocado a distâncias diferentes de um peixe-robô “líder”. Eles descobriram que os peixes emparelhados consomem muito menos energia do que os solitários porque os seguidores ajustam as batidas de cauda para corresponder ao fluxo induzido dos vórtices liberados pelo líder. A correspondência ocorre com um lapso de tempo que varia com a distância: quando o peixe seguidor está ao lado do líder, as batidas da cauda são sincronizadas, mas quando o seguidor fica para trás, as batidas da cauda ficam fora de sincronia, com um atraso que aumenta quanto mais longe ele obtém.
Essa combinação de fase de vórtice permite que o peixe seguidor explore os “vórtices Kármán” – cadeias de vórtices em espiral lançadas por um objeto rombudo enquanto viaja através de um líquido – que o peixe líder deixa em seu rastro. O resultado é uma redução no consumo de energia do seguidor, mas o membro da equipe Máté Nagy da Academia Húngara de Ciências e da Universidade Eötvös observa que não se trata apenas de economizar energia. “Ao mudar a forma como eles sincronizam, os seguidores também podem usar os vórtices lançados por outros peixes para gerar impulso e ajudá-los a acelerar”, explica ele.
Comparação com peixes reais
Para descobrir se peixes reais também usam a combinação de fase de vórtice, Couzin e seus colegas fizeram observações em 32 pares de peixes dourados que nadavam livremente. Enquanto os peixes reais mudavam constantemente de posição em relação uns aos outros, os pesquisadores observaram que, no entanto, eles adotaram um tipo de interação hidrodinâmica que poderia ser descrita por um modelo matemático simples que incorpora a velocidade de nado e a amplitude e frequência das batidas de cauda do líder. Este modelo, diz Couzin à Physics World, foi então usado para prever como peixes reais se comportariam se estivessem usando a combinação de fase de vórtice e testado usando a análise assistida por inteligência artificial da postura corporal de peixes dourados enquanto nadam juntos.
Os resultados indicam que peixes reais realmente exploram a correspondência de fase de vórtice. De acordo com os pesquisadores, esta estratégia “pode ser um resultado de respostas pré-flexíveis ou proprioceptivas a pistas hidrodinâmicas geradas por vizinhos”, uma vez que nem o visual dos peixes nem seus sistemas de linha lateral são necessários para que se comportem dessa maneira. Isso deixa os peixes livres para processar outras informações importantes de seu ambiente, incluindo fluxos criados por criaturas que não sejam seus colegas de escola – como predadores.
A equipe, que relata seu trabalho na Nature Communications, conclui que peixes reais usam a combinação de fase de vórtice “pelo menos em parte” para economizar energia. Esta estratégia natural simples e robusta pode agora ser aplicada para melhorar a eficiência de natação coletiva de veículos subaquáticos semelhantes aos peixes, dizem os pesquisadores.
Membros da equipe, que também inclui cientistas da Universidade de Pequim, agora planejam desenvolver robôs mais avançados e estudar “enxames híbridos” compostos de peixes reais e robóticos. Ao fazer isso, eles esperam descobrir mais benefícios coletivos da escolaridade.
Publicado em 21/11/2020 17h56
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