春天的暖风中，我们经常能看到一群群鸟儿在天空中翱翔，它们整齐划一的飞行队形令人赞叹。但你是否曾想过，这些鸟儿是如何做到如此协调一致地飞行的呢？最近，一项由纽约大学数学科学研究所的数学家团队进行的研究，为我们揭开了这一自然界的奥秘。

这项发表在《自然通讯》杂志上的研究显示，小鸟群通过精确且之前未知的空气动力学相互作用来轻松维持队形，而较大的群体则会受到干扰。研究团队通过创建模拟鸟翼的机械拍动器，在水中进行实验，成功复制了鸟类的列队飞行形态。这些机械拍动器由3D打印塑料制成，并通过电机驱动在水中拍动，模拟了空气在鸟翼周围的流动。

研究结果表明，空气动力学对飞行群体的影响取决于群体的大小。对于由四只左右的小鸟组成的小群体，空气动力学的相互作用有助于每个成员保持相对于其前邻的特殊位置。但如果群体过大，这种流动相互作用会导致后面的成员位置不稳，甚至可能发生碰撞。

此外，研究团队还运用数学建模来更好地理解实验结果背后的驱动力。他们发现，邻居之间的流动介导的相互作用，实际上就像弹簧一样的力，将每个成员固定在适当的位置。然而，这些“弹簧”只在单方向上起作用——领头鸟可以对跟随者施加力，但反之则不行。这种非互惠的相互作用意味着后面的成员倾向于共振或剧烈振荡。

研究中还提出了一个新概念——“flonons”，这是基于类似声子（phonons）的概念，声子是指通过弹簧连接的质量系统中的振动波，用于模拟晶体或其他材料中原子或分子的运动。因此，这项研究不仅增进了我们对野生动物行为的理解，还可能对交通和能源领域产生影响。

现在，我们知道了鸟儿是如何利用空气动力学来维持飞行队形的。那么，你认为这项发现对人类社会有哪些潜在的影响？它是否能够启发我们在设计交通系统或能源收集设备时采用类似的原理？欢迎在评论区分享你的想法，与我们共同探讨这一激动人心的科学发现。

参考资料：DOI： 10.1038/s41467-024-47525-9