نشر فريق من علماء الرياضيات في جامعة نيويورك دراسة في مجلة Physical Review Fluids تقترح إطاراً رياضياً جديداً لشرح حركة أسراب الطيور ومجاميع الأسماك. يستند النموذج إلى تصور يَعتبر الجماعة مادة بلورية لينة، حيث يتصرف كل فرد كعنصر في شبكة نظامية، وتحافظ الفرديات على فراغات متقاربة وتتواصل عبر روابط مرنة تشبه النوابض.
يبين النموذج أن هذه التشكيلات قد تكون هشة وسهلة التشوه، لكنها في الوقت نفسه سريعة الاستجابة لتغيرات في تدفق الهواء أو الماء ولوجود أجسام أو مفترسات قريبة. بهذا يفسر النموذج كيف يحافظ التجمع على ترتيب عام مع قدرته على التكيف مع اضطرابات البيئة.
لاختبار الفكرة استند الباحثون إلى نتائج تجريبية سابقة، بما في ذلك تجربة لمحاكاة التشكيلات العمودية حيث تصطف الحيوانات وراء بعضها. استخدمت التجربة مجاذيف ميكانيكية مزودة بأجنحة مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومحركة بمحركات لإحداث رفرف في الماء. عبرت المجموعة النموذجية الماء بسرعات متفاوتة وكانت حرة في ترتيب نفسها داخل الطابور، وكان سلوك المجموعة مطابقاً لتنبؤات النموذج الرياضي.
توضح الدراسة صلة مباشرة بين فيزياء الحركة الجماعية وتفاعلات هيدروديناميكية وهوائية، ويشير المؤلفون إلى أهميتها المحتملة في مجالات مثل هندسة الطيران والسيارات والروبوتات وحصاد الطاقة. وصفت كريستيانا مافروياكوماو التشكيلات بأنها مشابهة للبلورات اللينة، وقال لِيف ريستروف إن العمل يفتح طرقاً لتحليل—and ربما للتأثير في—كيفية تفاعل هذه المجموعات. شارك جياجي وو في البحث، وتلقى العمل دعماً من المؤسسة الوطنية للعلوم واعتمد على نتائج سابقة من مختبر الرياضيات التطبيقية في جامعة نيويورك.
كلمات صعبة
- بلوري — له ترتيب داخلي منتظم لكن مرن نسبياًبلورية
- شبكة — نظام من العقد أو الخطوط المترابطة
- نابض — أجزاء مرنة تعود إلى وضعها عند الضغط أو الشدالنوابض
- هش — ضعيف ويتغير أو يتشوه بسهولةهشة
- هيدروديناميكي — يتعلق بحركة الموائع وتأثيراتها في السوائلهيدروديناميكية
- تدفق — حركة سائل أو غاز في اتجاه معين
- محاكاة — تمثيل تجريبي أو رقمي لظاهرة معينة
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- كيف يمكن أن تساعد فكرة جماعات تشبه البلورات اللينة في تصميم طائرات أو طائرات بدون طيار؟ اذكر أسباباً أو أمثلة.
- ما تجارب إضافية تقترح إجراؤها لتقييم النموذج في الهواء بدلاً من الماء؟ ولماذا؟
- ما فوائد ومخاطر تشبيه تجمعات الحيوانات بشبكة نظامية من العناصر المتصلة؟ اشرح برأيك.
