Побег мелкой рыбы: суперкомпьютер подтвердил эффективность C-старта

Исследователи из ETH Zurich с помощью суперкомпьютера Monte Rosa впервые количественно подтвердили, что форма «C» (C-start), которую принимает тело мелкой рыбы (например, личинки данио-рерио) при побеге от хищника, действительно позволяет достичь максимального расстояния от угрозы.

Ключевые выводы исследования:

• Оптимальность C-старта: Эволюционные алгоритмы, имитирующие естественный отбор, определили, что именно изгиб в C-форму позволяет рыбе оттолкнуться на наибольшее расстояние за доли секунды.
• Гидродинамика: Главный фактор ускорения — масса воды, которую рыба ускоряет всем телом. Чем больше воды приводится в движение, тем сильнее ускоряется сама рыба.
• Роль вихрей: Создаваемые вихревые структуры в воде играют второстепенную роль в самом механизме побега, что стало неожиданностью для учёных.
• Энергетическая неэффективность: C-старт неэффективен с точки зрения затрат энергии, но для выживания приоритетом является скорость, а не экономия.
• Потенциал для техники: Моделирование показало, что если бы физиология рыбы позволяла больший изгиб, ускорение было бы ещё выше. Этот принцип можно использовать для оптимизации искусственных устройств (например, лопастей турбин), вдохновляясь природными решениями.

Исследование, опубликованное в Journal of Fluid Mechanics, объединило трёхмерное моделирование потока с эволюционными алгоритмами оптимизации, чтобы за дни вычислений на десятках тысяч процессоров воспроизвести результат миллионов лет биологической эволюции.