科普时报讯(匡婉妍)近日,华中农业大学信息学院赴闽东暑期实践团6名学子,在指导老师带领下深入福建宁德大黄鱼主产区,全覆盖走访大黄鱼养殖渔排、精深加工厂区、冷链物流基地及海洋文化展馆,深耕大黄鱼全产业链调研。团队跳出传统水产产业调研视角,聚焦大黄鱼集群行为与流线型躯体结构两大自然特征,从信息科学与数理分析视角,解锁藏在东海黄鱼身体里的自然优化智慧密码。

集群智能:简单规则涌现有序运动
在宁德官井洋、三都湾等大黄鱼核心产区,成群结队的大黄鱼洄游觅食时始终保持着整齐灵动的群体姿态,极少出现混乱碰撞。这背后并无统一的指挥中心,全程依靠每条黄鱼的自主简易决策完成。科普研究表明,大黄鱼集群生活仅遵循三条核心基础行为规则——靠近聚拢、速度对齐、避障防撞。无数个体的简单行为叠加,最终涌现出高效、稳定、灵活的集群智能运动。

这种集群行为的本质是典型的分布式智能协作:每条鱼都是独立运算单元,仅依据局部环境信息和周边同伴状态做出即时反应,无需全局指令即可完成整体协同。即便部分个体离群转向,整体队形依旧稳定有序,容错性与适应性极强。基于黄鱼觅食、聚群、追尾的习性,科研人员提炼出人工鱼群算法(AFSA),实现了自然生物智慧到人工智能技术的转化应用,现已广泛用于路径规划、资源调度、智能优化等领域。
流线身形:最小阻力曲线的数学之美
宁德大黄鱼躯体拥有匀称顺滑的流线型轮廓,两侧弧度过渡顺滑,没有突兀棱角与凹凸结构,从头部到尾部的曲线连续渐变,最大程度贴合水体流动轨迹。这是大自然历经百万年自然筛选的最优演化结果。其躯体侧面轮廓高度趋近航空、流体领域经典的NACA翼型曲线,即公认的最小阻力形线。通过贝塞尔曲线、多阶多项式可对黄鱼躯体进行高精度分段拟合,曲率变化均匀、梯度有序,完全符合流体力学最小阻力优化模型。相较于人工设计的规整曲线,黄鱼自然演化的流线型曲线容错性更强,更适配海水湍流等复杂水下环境,是天然的数学优化最优解。

依托此原理,相关仿生技术已在船舶减阻降耗、水下设备运动稳定性优化、流体阻力仿真运算等领域发挥重要参考价值。大自然打磨的黄鱼最小阻力流线曲线,为现代工程设计、流体优化、设备研发提供了珍贵的仿生参考,实现了自然智慧到科创应用的转化。
此次闽东实地调研,让实践学子真切窥见自然演化背后的数理与工程智慧。小小的大黄鱼,从集群行为到躯体结构,处处藏着亿万年优化的科学密码,生动诠释了生物、数学、流体力学与信息科学的跨界融合。未来,实践团队将持续深挖海洋生物背后的科普价值与科创潜力,立足专业所长探索自然仿生技术应用场景,以青年科创力量赋能智慧渔业与仿生工程发展,让自然科学智慧持续助力产业创新升级。