Phát hiện lý do bất ngờ khiến cá bơi thành đàn

Nghiên cứu đáng ngạc nhiên cho thấy đàn cá có thể tạo ra ít tiếng ồn hơn một con bơi đơn độc, giúp chúng tránh được tối đa sự phát hiện của kẻ thù.
Đàn cá có thể tạo ra ít tiếng ồn hơn một con bơi đơn độc.

Đàn cá có thể tạo ra ít tiếng ồn hơn một con bơi đơn độc.

Những phát hiện mới của các kỹ sư tại Đại học Johns Hopkins khi nghiên cứu mô phỏng công nghệ cao về đàn cá thu theo đàn, đưa ra cái nhìn sâu sắc mới về lý do tại sao cá bơi theo đàn và hứa hẹn cho việc thiết kế và vận hành các tàu ngầm cũng như phương tiện tự hành dưới biển yên tĩnh hơn nhiều.

Tác giả cao cấp Rajat Mittal cho biết: “Mọi người đều biết rằng bơi theo nhóm giúp cá tăng cường khả năng bảo vệ khỏi những kẻ săn mồi, nhưng chúng tôi đặt câu hỏi liệu điều đó có góp phần làm giảm tiếng ồn của chúng hay không”.

"Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng dấu hiệu âm thanh giảm đáng kể khi bơi theo nhóm, so với bơi một mình, thực sự có thể là một yếu tố khác thúc đẩy sự hình thành đàn cá."

Công trình mới được xuất bản trên tạp chí Bioinspirst & Biomimetics. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một mô hình 3D dựa trên loài cá thu thông thường để mô phỏng số lượng cá bơi khác nhau, thay đổi đội hình của chúng, mức độ chúng bơi gần nhau và mức độ chuyển động của chúng được đồng bộ hóa.

Mô hình này áp dụng cho nhiều loài cá, mô phỏng từ một đến chín con cá thu bị vây đuôi của chúng đẩy về phía trước.

Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng một đàn cá di chuyển cùng nhau theo đúng cách đã mang lại hiệu quả giảm tiếng ồn đáng kinh ngạc: Một đàn bảy con cá nghe giống như một con cá.

Mittal cho biết: “Kẻ săn mồi, chẳng hạn như cá mập, có thể cho rằng nó đang nghe thấy tiếng của một con cá đơn độc thay vì của một nhóm. Điều này có thể có ý nghĩa quan trọng sống còn đối với con mồi."

Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng chìa khóa lớn nhất để giảm âm thanh là sự đồng bộ trong quá trình vỗ đuôi của đàn - hoặc thực tế là thiếu nó. Nếu cá di chuyển đồng loạt, vỗ vây đuôi cùng lúc, âm thanh sẽ tăng lên và tổng âm thanh không hề giảm đi.

Đàn cá tạo ra các sóng âm triệt tiêu lẫn nhau khiến cho kẻ thù khó phát hiện hơn.

Đàn cá tạo ra các sóng âm triệt tiêu lẫn nhau khiến cho kẻ thù khó phát hiện hơn.

Nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng nếu chúng thay phiên vỗ đuôi thì các con cá sẽ loại bỏ âm thanh của nhau.

“Âm thanh là một làn sóng,” Mittal nói. “Hai sóng có thể cộng hưởng nếu chúng cùng pha hoặc chúng có thể triệt tiêu lẫn nhau nếu chúng lệch pha hoàn toàn. Đó là những gì đang xảy ra ở đây mặc dù chúng ta đang nói về những âm thanh yếu ớt mà con người khó có thể nghe được."

Tác giả chính Ji Zhou, một sinh viên tốt nghiệp Johns Hopkins nghiên cứu kỹ thuật cơ khí cho biết, chuyển động của vây đuôi làm giảm âm thanh cũng tạo ra sự tương tác dòng chảy giữa cá, cho phép cá bơi nhanh hơn trong khi sử dụng ít năng lượng hơn.

"Chúng tôi nhận thấy rằng việc giảm tiếng ồn do dòng chảy tạo ra không nhất thiết phải làm giảm hiệu suất", Zhu nói.

“Chúng tôi đã tìm thấy những trường hợp giảm đáng kể tiếng ồn đi kèm với sự gia tăng đáng kể lực đẩy bình quân đầu người, do sự tương tác thủy động lực giữa những người bơi.”

Nhóm nghiên cứu rất ngạc nhiên khi nhận thấy lợi ích giảm âm thanh có tác dụng ngay khi một con cá đang bơi cùng với một con cá khác đang bơi. Mức độ giảm tiếng ồn tăng lên khi có nhiều cá tham gia vào đàn hơn, nhưng nhóm nghiên cứu hy vọng lợi ích sẽ giảm dần vào một thời điểm nào đó.

Mittal cho biết: “Chỉ cần ở bên nhau và bơi lội theo bất kỳ cách nào cũng góp phần làm giảm âm thanh mà không cần sự phối hợp giữa các con cá."

Tiếp theo, nhóm dự định bổ sung sự hỗn loạn của đại dương vào các mô hình và tạo ra các mô phỏng cho phép cá bơi "tự do" hơn.