Mathematiker: Schwärme verhalten sich wie weiche Kristalle ^{CEFR B2}

Mathematiker der New York University haben ein Modell entwickelt, das erklärt, wie Vogelschwärme und Fischschwärme ihre Bewegung koordinieren. Die Arbeit erscheint in Physical Review Fluids und baut auf früheren Ergebnissen des Applied Mathematics Laboratory der NYU auf. Das Modell vergleicht Schwärme mit weichen Kristallen: Einzelne Tiere verhalten sich demnach wie Atome in einem regelmäßigen Gitter.

Die Tiere halten annähernd gleichen Abstand und sind durch flexible, federähnliche Bindungen verbunden. Dadurch wirkt die Formation wie ein elastisches Material, das einerseits empfindlich und leicht verformbar ist, andererseits aber schnell auf Änderungen der Luft- oder Wasserströmung sowie auf nahe Objekte oder Fressfeinde reagiert. Zur Überprüfung analysierte das Team frühere Experimente, darunter mechanisierte Flattervorrichtungen mit 3D-gedruckten Kunststoffflügeln und Motoren, die säulenförmige Formationen nachahmten. Die Modellschwärme bewegten sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten und konnten sich frei innerhalb einer Reihe anordnen; das beobachtete Gruppenverhalten entsprach den Vorhersagen.

Die Studie verknüpft die Physik kollektiver Tierbewegung mit hydrodynamischen und aerodynamischen Wechselwirkungen. Die Autoren nennen mögliche Anwendungen in der Luft- und Fahrzeugtechnik, in der Robotik und bei der Energiegewinnung. Zum Team gehörten unter anderem Christiana Mavroyiakoumou, die zum Studienzeitpunkt am Courant Institute der NYU arbeitete und inzwischen Fellow am Mathematical Institute der Universität Oxford ist, sowie Courant-Professor Leif Ristroph. Die Arbeit wurde unter Beteiligung von Jiajie Wu erstellt und durch die National Science Foundation gefördert.

• Luft- und Fahrzeugtechnik
• Robotik
• Energiegewinnung