Du flotage des oiseaux à la scolarité des poissons, de nombreux systèmes biologiques présentent un certain type de mouvement collectif, souvent pour améliorer les performances et conserver l'énergie. Par rapport aux autres nageurs, les rayons manta sont particulièrement efficaces et leur grand rapport d'aspect est utile pour créer un grand lifting par rapport à la traînée. Ces propriétés rendent leur mouvement collectif particulièrement pertinent pour les opérations sous-marines complexes.
Pour comprendre comment leur dynamique de groupe affecte leur propulsion, des chercheurs de la Northwestern Polytechnical University (NPU) et du Ningbo Institute of NPU, en Chine, ont modélisé les mouvements des groupes de rayons manta, dont ils présentent Physique des liquides.
« À mesure que les tâches d'opération sous-marine deviennent plus complexes et nécessitent souvent de multiples véhicules sous-marins pour effectuer des opérations de groupe, il est nécessaire de s'inspirer de la natation du groupe des organismes pour guider les formations de véhicules sous-marins », a déclaré l'auteur Pengcheng Gao. « La forme des rayons manta et leurs performances propulsives sont d'une grande valeur pour le biomimétisme. »
Sur la base de photographies de vraies configurations de rayons manta, les chercheurs ont étudié différentes formations de trois rayons manta: en tandem, dans une configuration triangulaire avec un rayon manta devant deux derrière, et dans une configuration triangulaire inverse avec un rayon de manta traînant les deux autres.
Ils ont constaté que la formation en tandem n'augmente que significativement la propulsion pour le rayon de manta moyen, dont les performances déterminent directement les performances de l'ensemble du groupe. Les deux configurations triangulaires entraînent toutes deux une diminution globale de l'efficacité par rapport à un seul nageur en soi. Ces résultats peuvent aider à optimiser les formations pour les opérations de véhicules sous-marines.
« La formation en tandem et la formation triangulaire sont les formations que les rayons manta utilisent souvent pendant la natation en groupe », a déclaré Gao. « Ces informations biologiques soutiennent également l'idée qu'un petit groupe de trois individus peut être utilisé comme unité de base pour la natation de groupe plus complexe. »
Dans la nature, les rayons manta nagent en nombre allant des paires jusqu'à des essaims de milliers. Cependant, les études précédentes n'ont considéré que les rayons manta qu'en paires ou seuls. Étant donné que GAO et l'équipe ont élargi l'étude en une unité de trois, leurs résultats peuvent être étendus à un plus grand nombre de nageurs en considérant les groupes plus importants comme des composites de ceux modélisés dans l'article.
« Les recherches futures devraient se concentrer sur la performance de la natation de groupe sous le couplage de plusieurs facteurs, tels que les formations, l'espacement et les différences de mouvement, en plus de considérer la combinaison d'algorithmes d'apprentissage en profondeur pour atteindre un contrôle actif des paramètres de mouvement de l'individu dans le groupe », a déclaré GAO.
