ذكاء السرب الناجم عن الآليات الفيزيائية

13 يناير 2023 (أخبار Nanowerk) يبدو أن سلوك السرب المنسق تلقائيًا الذي تظهره مجموعات كبيرة من الحيوانات يعد ظاهرة جماعية رائعة ومذهلة. وتظهر التجارب التي أجراها باحثون في جامعة لايبزيغ على السباحين الصغار الاصطناعيين الذين يتم التحكم بهم بالليزر أن ذكاء السرب المفترض يمكن أن يكون في بعض الأحيان نتيجة لآليات فيزيائية بسيطة وعامة. وجد فريق من الفيزيائيين بقيادة البروفيسور فرانك سيتشوس والبروفيسور كلاوس كروي أن أسرابًا من السباحين البراونيين الصغار المنتجين صناعيًا يبدو أنهم يقررون تلقائيًا الدوران حول نقطة هدفهم بدلاً من التوجه إليها مباشرة. لقد نشروا للتو نتائجهم في المجلة طبيعة الاتصالات (“Spontaneous vortex formation by microswimmers with retarded attractions”). تُظهر الصورة بصريات الليزر المستخدمة في تجربة تنسيق مدارس السباحين البراونيين الصغار الاصطناعيين. (الصورة: Xiangzun Wang) "يعتمد البحث العلمي حول سلوك القطيع والقطيع عادةً على الملاحظات الميدانية. وقال كروي: "في مثل هذه الحالات، عادة ما يكون من الصعب تسجيل الحالات الداخلية لحيوانات القطيع بشكل موثوق". ونتيجة لذلك، يعتمد تفسير الملاحظات في كثير من الأحيان على افتراضات معقولة بشأن القواعد السلوكية الفردية الضرورية للمجموعات الجماعية المعقدة الخاضعة للملاحظة. لذلك طور الباحثون في جامعة لايبزيغ نظامًا نموذجيًا تجريبيًا للسباحين الصغار الذي يستخرج خصائص ذكاء السرب الطبيعي ويوفر تحكمًا كاملاً في الحالات الداخلية للأفراد واستراتيجياتهم وتحويل إدراك الإشارة إلى تفاعل ملاحي. بفضل نظام التسخين بالليزر المتطور (انظر الصورة)، يمكن للسباحين الغرويين، الذين لا يمكن رؤيتهم إلا تحت المجهر، أن يدفعوا أنفسهم بشكل فعال في حاوية مياه عن طريق نوع من "الدفع الذاتي الحراري" بينما تكون رحلتهم مضطربة بشكل دائم في بطريقة عشوائية بالحركة البراونية. قال سيكوس: "بصرف النظر عن الحركة العشوائية البراونية، الموجودة في كل مكان في الفيزياء الدقيقة، فإن الإعداد التجريبي يوفر تحكمًا كاملاً في المعلمات الفيزيائية وقواعد الملاحة للسباحين الغرويين الفرديين، ويسمح بمراقبة طويلة المدى لأسراب ذات أحجام مختلفة". وفقًا لـ Cichos، عندما يتم اتباع قاعدة ملاحية بسيطة جدًا وعامة بشكل متماثل من قبل جميع السباحين، ينتج عن ذلك سلوك سرب معقد بشكل مدهش. على سبيل المثال، إذا كان السباحون يستهدفون نفس النقطة الثابتة، فبدلاً من تجمعهم في نفس المكان، يمكن أن يتشكل نوع من الدوامة. وعلى غرار الأقمار الصناعية أو الإلكترونات الذرية، يدور السباحون بعد ذلك حول مركزهم الجذاب في مسارات دائرية بارتفاعات مختلفة. القاعدة السلوكية "الذكية" الوحيدة المطلوبة لذلك هي أن الدفع الذاتي يستجيب للإدراك البيئي مع تأخير زمني معين، والذي يحدث عادة في ظواهر السرب الطبيعية من رقصات البعوض إلى حركة المرور على الطرق على أي حال. لقد اتضح أن مثل هذا التأثير "المؤجل" وحده يكفي لتشكيل أنماط ديناميكية معقدة مثل الكاروسيل الموصوف أعلاه. وقال كروي: "من الناحية البدنية، يمكن لكل سباح أن يكسر التماثل الشعاعي للنظام تلقائيًا ويدخل في حركة دائرية إذا كان حاصل ضرب الوقت المتأخر وسرعة السباحة كبيرًا بدرجة كافية". في المقابل، تعتمد مدارات الأسراب الأكبر حجمًا وتزامنها واستقرارها على تفاصيل إضافية مثل التفاعلات الاستاتيكية والرحلية والهيدرودينامية بين السباحين الأفراد. نظرًا لأن جميع تفاعلات الاستجابة للإشارة في العالم الحي تحدث بطريقة متأخرة زمنيًا، فيجب أن تزيد هذه النتائج أيضًا من فهم تكوين النمط الديناميكي في مجموعات السرب الطبيعية. اختار الباحثون عمدا قواعد ملاحية بدائية وموحدة لتجربتهم. وقد سمح لهم ذلك بتطوير وصف رياضي صارم للظواهر المرصودة. في تحليل المعادلات التفاضلية العشوائية المتأخرة المستخدمة لهذا الغرض، تبين أن التزامن الفعال الناجم عن التأخير للسباحين مع ماضيهم هو الآلية الرئيسية للحركة الدائرية التلقائية. إلى حد كبير، تسمح لنا النظرية بالتنبؤ رياضيًا بالملاحظات التجريبية. "بشكل عام، لقد نجحنا في إنشاء مختبر لأسراب السباحين البراونيين الصغار.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62161.php