日本东北大学的研究人员开发了一种模拟鱼尾鳍运动的模型。该模型揭示了在鱼类中普遍观察到的现象背后的潜在机制:它们如何同步尾鳍的运动，利用由此产生的涡流，从而节省能量。
该研究的细节发表在2023年11月2日的《流体物理学》杂志上，并被选为专题文章。
“关于游动的鱼，一个长期存在的假设是，它们利用其他鱼类产生的涡流来节省能量，”伊藤进解释说。“它们协同工作，利用reverse-Kármán漩涡街，并相应地调整尾鳍。”
在流体动力学中，Kármán旋涡是在物体穿过流体后形成的漩涡。在相反的版本中，漩涡有相反的旋转方向。
为了更多地阐明这些机制，研究人员开发了一个独特的理论模型，不仅考虑了常规的肌肉驱动运动和水力的影响，还考虑了自然变化，如生理因素，可以影响鱼的运动方式。这使得模型能够更详细地模仿鱼类自然协调行动的方式。
在进行数值模拟后，伊藤和他的团队能够复制尾鳍的同步，并证明它会显著减少一对鱼在距离小于体长一半的地方的能量消耗。然而，研究结果也表明，两条鱼之间鳍运动的典型时间并不是节约能量的最佳方式。
此外，该模型还再现了单人游泳的一些基本特性，如游泳速度与尾拍频率的关系。该模型也适用于以囊状或亚囊状方式游泳的各种鱼类，如马鲛鱼、鳟鱼、鲑鱼、鲤鱼和金鱼。
“我们已经阐明了生物物种的同步动力学，这也可以应用于其他生物，如鸟类、动物、细菌，甚至单细胞真核生物，”伊藤补充说。“好处也延伸到机器人;这一发现可能有助于为协同移动的无人机群找到新的节能策略。”
