Pássaros em sintonia: o mistério do voo em grupo graças à aerodinâmica

Cientistas desvendam o mistério do voo em grupo das aves em estudo da Nature. As interações aerodinâmicas permitem que as aves se movam em uníssono com uma eficiência notável. Resultados podem ter implicações em diversas áreas do conhecimento.

Aves organizam-se em grupos e movem-se através de interações aerodinâmicas, o que aumenta a eficiência das suas deslocações.

Ao olhar para o céu durante as primeiras semanas da primavera já viu certamente um bando de pássaros a mover-se em uníssono enquanto migram para norte. Mas como conseguem estas criaturas voar de forma tão coordenada e aparentemente sem esforço?

Benefícios da deslocação em pequenos grupos

Parte da resposta reside em interações aerodinâmicas precisas, tal como relata uma equipa de matemáticos num estudo recém-publicado. Esta evidência científica alarga a nossa compreensão sobre esta forma de deslocação, que se estende aos cardumes de peixes, e pode ter aplicações nos transportes e energia.

"Esta área de investigação é importante porque se sabe que os animais se aproveitam dos fluxos, tais como do ar ou da água, deixados por outros membros de um grupo para poupar energia na deslocação ou para reduzir o arrasto ou resistência", explica Leif Ristroph, professor associado do Instituto Courant de Ciências Matemáticas da Universidade de Nova Iorque e autor principal do artigo, publicado na revista Nature Communications.

Os resultados da equipa demonstram que o impacte da aerodinâmica depende do tamanho do grupo em voo, constituindo-se essencialmente benéfico para os grupos pequenos.

"As interações aerodinâmicas em pequenos bandos de aves ajudam cada membro a manter uma determinada posição especial em relação ao seu vizinho da frente, mas grupos maiores são perturbados por um efeito que desestabiliza os membros destas posições e pode causar colisões", observa Sophie Ramananarivo, professora assistente na École Polytechnique de Paris e uma das autoras do artigo.

Anteriormente, Ristroph e os seus colegas descobriram como as aves se movem em grupos – mas estas descobertas basearam-se em experiências que simulavam a interação de duas aves. A nova investigação da Nature Communications expandiu o estudo para ter em conta muitas mais aves.

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Para pequenos grupos até quatro aves, os investigadores descobriram um efeito pelo qual cada membro recebe ajuda das interações aerodinâmicas para se manter na sua posição em relação aos seus vizinhos.

"Se uma ave for deslocada da sua posição, os redemoinhos de fluxo deixados pela ave da frente ajudam a empurrar a sua sucessora de volta para o lugar e a mantê-la lá", explicou Ristroph, diretor do Laboratório de Matemática Aplicada da NYU, onde as experiências foram conduzidas.

Forças semelhantes a molas e oscilações descontroladas em grupos maiores

De modo a completar a análise, os investigadores utilizaram modelação matemática para compreender melhor as forças subjacentes que conduzem aos resultados experimentais.

Através deste método, concluíram que as interações mediadas pelo fluxo entre vizinhos são, na verdade, forças semelhantes a “molas” que mantêm cada membro no seu lugar. No entanto, estas agem apenas numa direção – uma ave líder pode exercer força sobre a sua sucessora, mas não vice-versa – e esta interação não recíproca significa que os membros posteriores tendem a oscilar descontroladamente.

"As oscilações assemelham-se a ondas que sacodem os membros para a frente e para trás e que percorrem o grupo e aumentam em intensidade, fazendo com que os membros posteriores colidam uns com os outros", explica Joel Newbolt, que era estudante de pós-graduação em física na NYU no momento da investigação.

Evidências com impacte no futuro

Os resultados da equipa de Ristroph podem ter implicações em diversas áreas, desde a engenharia e o design à biologia e conservação das espécies. Damos-lhe conta de algumas.

No campo da engenharia, os investigadores podem usar o conhecimento das interações aerodinâmicas em bandos de aves para desenvolver veículos mais eficientes e menos poluentes. Por exemplo, ao entender como as aves voam, os cientistas podem projetar aviões que se movem juntos com menos resistência ao ar, reduzindo o consumo de combustível e as emissões.

Os aviões podem ser projetados para se deslocarem num modelo semelhante às aves, contribuindo para a redução dos consumos em combustíveis e as emissões.

Na biologia, estas evidências podem apoiar os cientistas a compreender melhor como os animais se movem e interagem com o seu ambiente. Por exemplo, os investigadores podem usar modelos matemáticos para estudar como os cardumes de peixes se movem na água ou como as colónias de insetos se deslocam no ar.

Na conservação, os resultados podem ser usados para proteger os animais das ameaças antrópicas. A título de exemplo, podem usar-se os resultados das interações aerodinâmicas em bandos de aves para desenvolver estratégias para reduzir o impacte das turbinas eólicas na vida selvagem.

Referência da notícia:

Newbolt, J. W., Lewis, N., Bleu, M., Wu, J., Mavroyiakoumou, C., Ramananarivo, S., & Ristroph, L. (2024). Flow interactions lead to self-organized flight formations disrupted by self-amplifying waves. Nature Communications, 15(1), 3462. DOI: 10.1038/s41467-024-47525-9.