قدم فريق من علماء الرياضيات في جامعة نيويورك نموذجاً يصف أسراب الطيور ومجاميع الأسماك كمادة بلورية لينة. يعتمد التصور على فكرة أن كل فرد يعمل مثل ذرة في شبكة منظمة، ويحافظ على فراغات صغيرة ويتفاعل مع الجيران عبر روابط مرنة تشبه النوابض.
يبرز النموذج أن هذه التشكيلات قد تكون سهلة التشوه لكنها في الوقت نفسه سريعة الاستجابة لتغيرات في تدفق الهواء أو الماء، ولوجود أجسام أو مفترسات قريبة. يفسّر ذلك كيف تتأقلم الجماعة مع اضطرابات البيئة مع بقاء ترتيب عام داخلها.
لاختبار النموذج فحص الفريق تجارب سابقة، ومنها تجربة لمحاكاة التشكيلات العمودية حيث تصطف الحيوانات خلف بعضها، استخدام مجاذيف مزودة بأجنحة مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد ومحركة لخلق حركة رفرف في الماء. عبرت المجموعة النموذجية الماء بسرعات مختلفة وكانت حرة في ترتيب نفسها داخل الخط، وسلوكها طابق تنبؤات النموذج.
نُشر العمل في مجلة Physical Review Fluids ويربط فيزياء الحركة الجماعية بتفاعلات هيدروديناميكية وهوائية، وقد يكون مهماً لهندسة الطيران والسيارات والروبوتات وحصاد الطاقة. شارك في الفريق جياجي وو، ودُعم البحث بمنحة من المؤسسة الوطنية للعلوم.
كلمات صعبة
- نموذج — شرح مبسّط لفكرة أو نظام علمينموذجاً
- بلوري — مواد لها ترتيب داخلي منظم كالبلورةبلورية
- مرن — يقبل التغير أو الانحناء دون كسرمرنة
- تشوه — تغير في شكل شيء عن صورته الأصليةالتشوه
- تدفق — حركة ثابتة لسائل أو غاز في اتجاه
- هيدروديناميكي — علم حركة السوائل وتأثيرها على الأجسامهيدروديناميكية
- الطباعة ثلاثية الأبعاد — صنع أشياء بطبقات ثلاثية الأبعاد بواسطة آلة
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- كيف قد تساعد فكرة اعتبار الجماعات البيولوجية مادة بلورية لينة في تصميم روبوتات أو طائرات؟ اذكر سببين بسيطين.
- هل تعرف أمثلة في حياتك حيث تحتاج مجموعة من الحيوانات أو الأشخاص إلى الترتيب والسرعة في الاستجابة؟ صف موقفاً واحداً.
- ما فوائد وعيوب استخدام تجارب محاكاة مثل المجاذيف المطبوعة ثلاثية الأبعاد بدل التجارب الحية؟
