Исследование математиков из Нью-Йоркского университета связывает физику коллективных движений с гидродинамическими и аэродинамическими взаимодействиями. Работа, опубликованная в Physical Review Fluids, опирается на результаты Applied Mathematics Laboratory NYU и предлагает конкретную математическую картину согласованного движения птиц и рыб.
Авторы описывают стаи и косяки как «мягкий кристалл», где отдельные особи играют роль «атомов» в регулярной решётке. Животные сохраняют примерно равные расстояния и взаимодействуют через гибкие, пружиноподобные связи. Такая структура одновременно хрупка и легко деформируема, при этом чувствительна к изменениям потока воздуха или воды и к появлению объектов или хищников поблизости.
Команда проверила модель, анализируя предыдущие эксперименты, включая испытания с механическими «взмахивателями»: крылья устройств были напечатаны на 3D-принтере из пластика и приводились в движение моторами для взмахов в воде. Модельная «стая» проходила через воду на разных скоростях и самостоятельно перестраивалась в линию или очередь; коллективное поведение машинок согласовывалось с предсказаниями. Авторы отмечают, что полученные представления могут быть полезны для аэрокосмической и автомобильной инженерии, робототехники и систем сбора энергии. В состав группы входил студент NYU Jiajie Wu, а работу поддержал грант от National Science Foundation.
Сложные слова
- взаимодействие — взаимное влияние и связь между объектамивзаимодействиями
- гидродинамический — связанный с движением жидкостей и их силамигидродинамическими
- пружиноподобный — похожий по свойствам на пружинупружиноподобные
- деформируемый — легко меняющий форму под воздействием силдеформируема
- взмахиватель — машина или устройство для имитации взмахавзмахивателями
- согласовываться — выполняться или меняться одинаково в группесогласовывалось
Подсказка: наведите, сфокусируйтесь или нажмите на выделенные слова, чтобы увидеть краткие определения прямо во время чтения или прослушивания.
Вопросы для обсуждения
- Какие преимущества даёт сравнение стаи с «мягким кристаллом» для понимания коллективного поведения? Приведите примеры.
- Какие практические приложения этой модели вы можете представить для инженерии или робототехники? Объясните причины.
- Какие ограничения или вопросы остаются при переносе результатов испытаний с механическими моделями на реальных животных?
Похожие статьи
Микророботы со стволовыми клетками лечат спинной мозг
Учёные в Цюрихе создали биогибридный микроробот NPCbot: он сочетает стволовые клетки и магнитоэлектрические наночастицы. Роботов направляют магнитами и стимулируют электрически; испытания на рыбах и мышах показали восстановление движений и отсутствие явных побочных эффектов.
Избирательная блокировка mTORC2 как новая идея в лечении рака
Исследователи из Браунского университета показали, что можно теоретически подавлять только комплекс mTORC2, сохранив mTORC1. Это открытие даёт шанс создать препараты, которые отключают рост опухоли, не активируя защитные пути клетки.
Атлас старения клеток у млекопитающих
Исследование Rockefeller University, опубликованное в Science, создало подробный атлас того, как старение меняет клетки по всему телу млекопитающих. Карта показывает клеточные и молекулярные сдвиги, которые помогут в разработке вмешательств против старения.
