فیزیک اصل توضیح می دهد که منظور و اختلال swarms

زمان آزمایش های حمایت از فرضیه بحث برانگیز است که به خوبی شناخته شده مفهوم در فیزیک — یک “نقطه بحرانی” — که در پشت قابل توجه رفتار جمعی حیوانات سیستم. فیزیکدانان از خوشه تعالی “مرکز پیشرفته مطالعه رفتار جمعی” در دانشگاه کنستانس نشان داد که نور کنترل microswimming ذرات را می توان به سازماندهی و به جمعی متحده مانند swarms و چرخش. با مطالعه ذرات نوسان بین این کشورها آنها ارائه شواهد مهم رفتار — و پشتیبانی به صورت فیزیکی اصل اساسی مجتمع رفتار تعاونی. نتایج تحقیقات منتشر شده در مجله علمی Nature Communications.

حیوانات گروه نمایشگاه به ظاهر متناقض فنی که هر دو قوی و انعطاف پذیر است. تصور کنید در یک مدرسه از ماهی: صدها نفر از افراد در جهت کامل و تراز می توانید به طور ناگهانی انتقال به یک گردباد دچار تشنج dodging یک حمله. حیوانات گروه بهره مند شوند اگر آنها حمله می تواند این تعادل ظریف بین بودن پایدار در مواجهه با “سر و صدا” مثل پیچش یا gusts باد و در عین حال پاسخگو به تغییرات مهم مانند رویکرد از یک درنده.

مهم انتقال

چگونه آنها را در رسیدن به این هدف این است که هنوز درک نشده است. اما در سال های اخیر یک توضیح احتمالی پدید آمده است: بحرانی. در فیزیک بحرانی توصیف سیستم های که در آن یک انتقال بین متحده-مانند گاز مایع — رخ می دهد در یک نقطه حیاتی است. بحرانی استدلال شده است به ارائه سیستم های بیولوژیکی با تعادل لازم بین استحکام و انعطاف پذیری. “ترکیبی از ثبات و پاسخ بالا دقیقا چه ویژگی یک نقطه بحرانی می گوید:” این مطالعه منجر نویسنده کلمنس Bechinger محقق اصلی در این مرکز پیشرفته مطالعه رفتار جمعی و استاد گروه فیزیک در دانشگاه کنستانس “و پس از آن ساخته شده حس برای تست اگر این می تواند توضیح دهد که برخی از الگوهای ما در رفتار جمعی.”

این فرضیه که جمعی متحده در حال معلق در هوا در نزدیکی نقاط بحرانی بررسی شده است در گذشته تا حد زیادی از طریق شبیه سازی عددی. در مطالعه جدید منتشر شده در Nature Communications, Bechinger و همکارانش داده اند نادر حمایت تجربی به ریاضی پیش بینی. “با نشان دادن یک ارتباط نزدیک بین جمعی و انتقادی رفتار یافته های ما نه تنها اضافه کردن به ما در درک کلی از جمعی متحده اما همچنین نشان می دهد که به طور کلی مفاهیم فیزیکی ممکن است به سیستم های زنده می گوید:” Bechinger.

شواهد تجربی

در آزمایش محققان با استفاده از دانه های شیشه ای پوشش داده شده در یک طرف توسط یک درپوش کربن و قرار داده شده در یک مایع چسبناک. هنگامی که روشن شده توسط نور آنها بسیار شبیه به باکتری اما با یک تفاوت مهم: در هر جنبه ای از چگونه ذرات ارتباط برقرار کردن با دیگران-از چگونه افراد در حرکت به چگونه بسیاری از همسایگان دیده می شود — می تواند کنترل شود. این microswimming ذرات اجازه می دهد تا محققان به اجتناب از چالش های کار با سیستم های زنده است که در آن قواعد تعامل نمی توان به راحتی کنترل می شود. “ما در طراحی قوانین در کامپیوتر قرار داده و آنها را در یک آزمایش و نتیجه تعامل بازی می گوید:” Bechinger.

اما به اطمینان حاصل شود که سیستم فیزیکی با مته سوراخ شباهت به سیستم های زندگی, محققان طراحی شده و انفعالات که بازتاب رفتار حیوانات است. برای مثال آنها کنترل جهت است که افراد منتقل شده در رابطه با همسایگان خود: ذرات برنامه ریزی شده بود یا به شنا مستقیم نسبت به دیگران در گروه اصلی و یا به انحراف و دور از آنها. با توجه به این زاویه از حرکت ذرات را به سازمان یا چرخش یا اختلال swarms. و منظور تنظیم این ارزش بدستآمده سریع انتقال بین یک چرخش و یک بی نظم اما هنوز منسجم ازدحام. “آنچه که ما مشاهده شده است که این سیستم می تواند ناگهانی و انتقال از یک حالت به حالت دیگر است که نشان می دهد انعطاف پذیری مورد نیاز به واکنش نشان می دهند به یک خارجی اغتشاش مانند یک درنده می گوید:” Bechinger “و روشن را فراهم می کند شواهد مهم رفتار است.”

“شبیه رفتار به گروه های حیوانی و سیستم های عصبی”

این نتیجه “کلید درک حیوانات, تعاونی تکامل یافته اند می گوید:” پرفسور Iain Couzin co-رئیس مرکز مطالعات پیشرفته جمعی رفتار و مدیر اداره جمعی رفتار در کنستانتس موسسه ماکس پلانک از رفتار حیوانات. اگر چه نه درگیر با مطالعه Couzin کار کرده است برای دهه ها به کشف چگونگی گروه بندی ممکن است افزایش سنجش قابلیت های حیوانات, تعاونی.

می گوید Couzin: “این ذرات در این مطالعه رفتار در یک راه بسیار شبیه به آنچه ما می بینیم در گروه های حیوانی و حتی سیستم عصبی. ما می دانیم که افراد در تعاونی بهره مندی از بودن بیشتر پاسخگو اما چالش بزرگ در زیست شناسی است, تست اگر بحرانی چیزی است که اجازه می دهد تا فرد به طور خود به خود تبدیل به بسیار حساس به محیط زیست خود را. این مطالعه تایید کرده است این می تواند رخ دهد فقط از طریق خود به خودی اورژانس خواص فیزیکی. از طریق بسیار ساده تعاملات آنها نشان داده اند که شما می توانید لحن یک سیستم فیزیکی را به یک جمعی دولت — بحرانی — تعادل بین نظم و بی نظمی است.”

زمینه های کاربرد

با نشان دادن وجود ارتباط بین جمعی و انتقادی رفتار در سیستم های زنده این مطالعه همچنین نکات در چگونه هوش تعاونی می توان مهندسی را به سیستم های فیزیکی. فراتر از فقط ساده ذرات پیدا کردن می تواند کمک به طراحی کارآمد استراتژی های مستقل microrobotics دستگاه با در هیئت مدیره واحد کنترل. “شبیه به زندگی خود همتایان این مینیاتور عوامل باید قادر به انطباق خود به خود به تغییر شرایط و حتی مقابله با موقعیت های پیش بینی نشده که ممکن است انجام عملیات خود را در نزدیکی نقطه بحرانی می گوید:” Bechinger.

حقایق کلیدی:

  • فیزیکدانان از دانشگاه کنستانس نشان می دهد ارتباط بین رفتار جمعی و یک مفهوم در فیزیک شناخته شده به عنوان بحرانی.
  • از طریق آزمایش با استفاده از ریز ذرات شیشه ای آنها ایجاد جمعی متحده swarms و چرخش.
  • نشان می دهد که این ذرات می تواند ناگهانی انتقال از یک کشور به کشور دیگر را فراهم می کند شواهد روشن برای بحرانی رفتار
  • اصلی انتشار: Bäuerle, T. Löffler, r. c. & Bechinger, C. تشکیل پایدار و پاسخگو جمعی متحده در سیستم های تعلیق فعال colloids. Nat Commun 11, 2547 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-16161-4
  • نویسندگان عبارتند از: Tobias Bäuerle (نویسنده سرب) و رابرت Löffler هر دو دانشجوی دکترا در دانشگاه کنستانس. نویسنده ارشد کلمنس Bechinger است که استاد فیزیک در دانشگاه کنستانتس
  • کلمنس Bechinger نیز بخشی از دانشگاه کنستانتس خوشه تعالی “مرکز مطالعات پیشرفته جمعی رفتار” است که با بودجه دولتی در تعالی استراتژی آلمان فدرال و دولت های ایالتی پس از 2019.
  • این پژوهش با حمایت یک ERC پیشرفته اعطای ASCIR و Forschungsgemeinschaft (DFG آلمان, Research Foundation) تحت آلمان با برتری استراتژی-EXC 2117 — 42203798.
  • پردیس.kn دانشگاه کنستانتس آنلاین مجله. ما با استفاده از چند رسانه ای رویکرد به ارائه بینش به ما تحقیق و علم و مطالعه و تدریس و همچنین زندگی در محوطه دانشگاه.

داستان منبع:

مواد ارائه شده توسط دانشگاه کنستانتس. Original نوشته شده توسط کارلا Avolio. توجه داشته باشید: محتوا ممکن است برای ویرایش سبک و طول.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>