Inteligencia de enjambre causada por mecanismos físicos

13 de enero de 2023 (Noticias de Nanowerk) El comportamiento de enjambre aparentemente coordinado espontáneamente exhibido por grandes grupos de animales es un fenómeno colectivo fascinante y sorprendente. Los experimentos realizados por investigadores de la Universidad de Leipzig con micronadadores sintéticos controlados por láser muestran ahora que la supuesta inteligencia de enjambre a veces también puede ser el resultado de mecanismos físicos simples y genéricos. Un equipo de físicos dirigido por el profesor Frank Cichos y el profesor Klaus Kroy descubrió que enjambres de micronadadores brownianos producidos sintéticamente parecen decidir espontáneamente orbitar su punto objetivo en lugar de dirigirse hacia él directamente. Acaban de publicar sus hallazgos en la revista. Nature Communications (“Spontaneous vortex formation by microswimmers with retarded attractions”). La fotografía muestra la óptica láser utilizada en el experimento para coordinar escuelas de micronadadores brownianos sintéticos. (Imagen: Xiangzun Wang) “La investigación científica sobre el comportamiento de rebaños y rebaños suele basarse en observaciones de campo. En tales casos, suele ser difícil registrar de forma fiable los estados internos de los animales de la manada”, dijo Kroy. Como resultado, la interpretación de las observaciones frecuentemente se basa en suposiciones plausibles sobre qué reglas de comportamiento individuales son necesarias para los complejos grupos colectivos bajo observación. Por lo tanto, investigadores de la Universidad de Leipzig desarrollaron un sistema modelo experimental de micronadadores que obtiene propiedades de la inteligencia natural de enjambre y proporciona un control total sobre los estados internos, las estrategias y la transformación de la percepción de señales en una reacción de navegación de los individuos. Gracias a un sofisticado sistema de calentamiento por láser (ver imagen), los nadadores coloidales, que sólo son visibles bajo el microscopio, pueden autopropulsarse activamente en un recipiente de agua mediante una especie de "autopropulsión termoforética", mientras que su viaje se ve permanentemente perturbado en el agua. de manera aleatoria mediante movimiento browniano. "Aparte del movimiento aleatorio browniano, que es omnipresente en microfísica, la configuración experimental proporciona un control completo sobre los parámetros físicos y las reglas de navegación de los nadadores coloidales individuales y permite observaciones a largo plazo de enjambres de tamaños variables", dijo Cichos. Según Cichos, cuando todos los nadadores siguen idénticamente una regla de navegación muy simple y genérica, se produce un comportamiento de enjambre sorprendentemente complejo. Por ejemplo, si los nadadores apuntan al mismo punto fijo, en lugar de reunirse en el mismo lugar se puede formar una especie de carrusel. Al igual que los satélites o los electrones atómicos, los nadadores orbitan su centro de atracción en trayectorias circulares de diferentes alturas. La única regla de comportamiento "inteligente" necesaria para ello es que la autopropulsión responda a la percepción del entorno con un cierto retraso, lo que suele ocurrir en los fenómenos naturales de enjambres, desde los bailes de mosquitos hasta el tráfico rodado. Resulta que ese efecto "retrasado" por sí solo es suficiente para formar patrones dinámicos complejos como el carrusel descrito anteriormente. "Físicamente hablando, cada nadador individual puede romper espontáneamente la simetría radial del sistema y entrar en movimiento circular si el producto del tiempo de retraso y la velocidad de nado es lo suficientemente grande", dijo Kroy. Por el contrario, las órbitas de enjambres más grandes y su sincronización y estabilización dependen de detalles adicionales como las interacciones estéricas, foréticas e hidrodinámicas entre los nadadores individuales. Dado que todas las interacciones señal-respuesta en el mundo vivo ocurren con un retraso en el tiempo, estos hallazgos también deberían promover la comprensión de la formación de patrones dinámicos en conjuntos de enjambres naturales. Los investigadores eligieron deliberadamente reglas de navegación primitivas y uniformes para su experimento. Esto les permitió desarrollar una descripción matemática estricta de los fenómenos observados. En el análisis de las ecuaciones diferenciales estocásticas retardadas utilizadas para este propósito, la sincronización efectiva inducida por el retraso de los nadadores con su propio pasado resultó ser el mecanismo clave para el movimiento circular espontáneo. En gran medida, la teoría nos permite predecir matemáticamente las observaciones experimentales. “En definitiva, hemos conseguido crear un laboratorio para enjambres de micronadadores brownianos.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62161.php