Inteligența roiului cauzată de mecanisme fizice

13 ianuarie 2023 (Știri Nanowerk) Comportamentul roiului aparent coordonat spontan, manifestat de grupuri mari de animale este un fenomen colectiv fascinant și izbitor. Experimentele efectuate de cercetătorii de la Universitatea Leipzig pe microînotători sintetici controlați cu laser arată acum că presupusa inteligență roi poate fi uneori și rezultatul unor mecanisme fizice simple și generice. O echipă de fizicieni condusă de profesorul Frank Cichos și profesorul Klaus Kroy a descoperit că roiuri de microînotători brownieni produși sintetic par să decidă spontan să orbiteze punctul lor țintă în loc să se îndrepte direct spre el. Tocmai și-au publicat descoperirile în jurnal Natura Comunicaţii („Formarea spontană a vârtejului de către microînotători cu atracții retardate”). Fotografia prezintă optica laser utilizată în experimentul pentru coordonarea școlilor de microînotători brownieni sintetici. (Imagine: Xiangzun Wang) „Cercetarea științifică asupra comportamentului turmei și turmei se bazează de obicei pe observații de teren. În astfel de cazuri, este de obicei dificil să se înregistreze în mod fiabil stările interne ale animalelor de turmă”, a spus Kroy. Ca rezultat, interpretarea observațiilor se bazează frecvent pe ipoteze plauzibile cu privire la care regulile comportamentale individuale sunt necesare pentru grupurile colective complexe sub observație. Prin urmare, cercetătorii de la Universitatea Leipzig au dezvoltat un sistem de model experimental de microînotători care determină proprietățile inteligenței naturale a roiului și oferă control complet asupra stărilor interne ale indivizilor, strategiilor și transformarea percepției semnalului într-o reacție de navigație. Datorită unui sistem sofisticat de încălzire cu laser (vezi imagine), înotătorii coloidali, care sunt vizibili doar la microscop, se pot autopropulsa în mod activ într-un recipient de apă printr-un fel de „autopropulsie termoforetică”, în timp ce călătoria lor este permanent perturbată în într-o manieră aleatorie prin mișcarea browniană. „În afară de mișcarea aleatorie browniană, care este omniprezentă în microfizică, configurația experimentală oferă control complet asupra parametrilor fizici și regulilor de navigare ale înotătorilor coloidali individuali și permite observarea pe termen lung a roiurilor de dimensiuni variabile”, a spus Cichos. Potrivit lui Cichos, atunci când doar o regulă de navigație foarte simplă și generică este urmată identic de toți înotătorii, rezultă un comportament surprinzător de complex al roiului. De exemplu, dacă înotătorii vizează același punct fix, în loc să se adune în același loc se poate forma un fel de carusel. Similar cu sateliții sau electronii atomici, înotătorii orbitează apoi centrul lor atractiv pe căi circulare de înălțimi diferite. Singura regulă de comportament „inteligentă” necesară pentru aceasta este că autopropulsarea răspunde la percepția mediului cu o anumită întârziere, care apare de obicei în fenomenele de roi natural, de la dansul țânțarilor până la traficul rutier. Se pare că un astfel de efect „întârziat” este suficient pentru a forma modele dinamice complexe, cum ar fi caruselul descris mai sus. „Din punct de vedere fizic, fiecare înotător individual poate rupe spontan simetria radială a sistemului și poate intra în mișcare circulară dacă produsul dintre timpul întârziat și viteza de înot este suficient de mare”, a spus Kroy. În schimb, orbitele roiurilor mai mari și sincronizarea și stabilizarea lor depind de detalii suplimentare, cum ar fi interacțiunile sterice, foretice și hidrodinamice dintre înotătorii individuali. Deoarece toate interacțiunile semnal-răspuns din lumea vie au loc într-o manieră întârziată, aceste constatări ar trebui, de asemenea, să aprofundeze înțelegerea formării modelelor dinamice în ansamblurile de roi natural. Cercetătorii au ales în mod deliberat reguli de navigație primitive și uniforme pentru experimentul lor. Acest lucru le-a permis să dezvolte o descriere matematică strictă a fenomenelor observate. În analiza ecuațiilor diferențiale stocastice întârziate utilizate în acest scop, sincronizarea efectivă indusă de întârziere a înotătorilor cu propriul lor trecut s-a dovedit a fi mecanismul cheie pentru mișcarea circulară spontană. În mare măsură, teoria ne permite să prezicem matematic observațiile experimentale. „Per total, am reușit să creăm un laborator pentru roiuri de microînotători brownieni.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62161.php