Het mechanisme achter zwermen en scholen

Onderzoekers van Wageningen Universiteit en van de universiteit van North Carolina ontwikkelden een modelsysteem om experimenteel aan te tonen welk mechanisme er schuil gaat achter de collectieve beweging van vogels en vissen.

Ze inspireerden zich daarvoor op het spel ‘air hockey’, waarbij pucks zonder wrijving over een tafel zweven doordat continu lucht door gaatjes in de tafel wordt geperst. Voor hun onderzoek gebruikten ze een cirkelvormige tafel waarop ze steeds meer pucks plaatsten. Om de pucks voort te stuwen, maakten de onderzoekers kleine ventilatiekanalen in alle pucks. Dit zorgde ervoor dat de lucht uit de tafel elke puck spontaan eenzelfde draairichting gaf.

Met behulp van beeldanalyse volgden zij nauwkeurig de positie van elke puck. Daaruit bleek dat als er maar weinig pucks waren, ze vooral met de buitenwand botsten, wat ervoor zorgde dat de pucks ten opzichte van de cirkelvormige tafel met de klok mee bewogen. Maar naarmate de onderzoekers meer pucks toevoegden, keerde de gemeenschappelijke bewegingsrichting van de pucks om en bewogen ze tegen de klok in.

Volgens de onderzoekers ontstaat het collectieve gedrag door botsingen tussen de pucks, waarbij ze de energie van hun rotatie inwisselen voor bewegingsenergie. Die uitwisseling kan volgens hen alleen plaatsvinden als er voldoende wrijving is tussen de pucks, omdat dan de uitwisseling van energie het grootst is. Om dat te bewijzen maakten ze kleine ‘oortjes’ op de pucks om de wrijving tussen de pucks verder te verhogen en het collectieve gedrag te versterken. Zonder de wrijvingsverhogende oortjes waren er inderdaad meer pucks nodig om de gezamenlijke bewegingsrichting om te keren.

De observaties tonen aan dat individuele deeltjes in het model – dus ook vogels in zwermen of vissen in scholen - zwermgedrag vertonen, alleen al op basis van hun onderlinge wrijving, dus zelfs zonder elkaar te zien. Dit is niet alleen relevant voor het begrip van zwermgedrag in dieren, maar ook voor het ontwikkelen van nieuwe materialen waarin de activiteit van individuele deeltjes tot nieuwe materiaaleigenschappen kan leiden.