Fiziksel mekanizmaların neden olduğu sürü zekası

13 Ocak 2023 (Nanowerk Haberleri) Büyük hayvan gruplarının sergilediği, kendiliğinden koordine edilmiş gibi görünen sürü davranışı, büyüleyici ve çarpıcı bir kolektif olgudur. Leipzig Üniversitesi'ndeki araştırmacıların lazer kontrollü sentetik mikro yüzücüler üzerinde yürüttüğü deneyler, artık sözde sürü zekasının bazen basit ve genel fiziksel mekanizmaların sonucu olabileceğini gösteriyor. Profesör Frank Cichos ve Profesör Klaus Kroy liderliğindeki fizikçilerden oluşan bir ekip, sentetik olarak üretilen Brownian mikro yüzücü sürülerinin, hedef noktalarına doğrudan gitmek yerine kendiliğinden yörüngeye dönmeye karar verdiklerini keşfetti. Bulgularını dergide yayınladılar Doğa İletişim (“Spontaneous vortex formation by microswimmers with retarded attractions”). Fotoğraf, sentetik Brownian mikro yüzücü okullarını koordine etmek için yapılan deneyde kullanılan lazer optiklerini göstermektedir. (Resim: Xiangzun Wang) “Sürü ve sürü davranışlarına ilişkin bilimsel araştırmalar genellikle saha gözlemlerine dayanmaktadır. Bu gibi durumlarda sürü hayvanlarının iç durumlarını güvenilir bir şekilde kaydetmek genellikle zordur" dedi Kroy. Sonuç olarak, gözlemlerin yorumlanması sıklıkla, gözlem altındaki karmaşık kolektif gruplar için hangi bireysel davranış kurallarının gerekli olduğuna dair makul varsayımlara dayanır. Bu nedenle Leipzig Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, doğal sürü zekasının özelliklerini ortaya çıkaran ve bireylerin içsel durumları, stratejileri ve sinyal algısının yön bulma reaksiyonuna dönüşümü üzerinde tam kontrol sağlayan mikro yüzücülerden oluşan deneysel bir model sistem geliştirdiler. Gelişmiş bir lazer ısıtma sistemi (resme bakın) sayesinde, yalnızca mikroskop altında görülebilen kolloidal yüzücüler, bir tür "termoforetik kendi kendine itme" yoluyla bir su kabı içinde aktif olarak kendi kendilerine hareket edebilirler, bu arada yolculukları su altında kalıcı olarak kesintiye uğrar. Brown hareketi ile rastgele bir şekilde. Cichos, "Mikrofizikte her yerde bulunan Brown rastgele hareketinin yanı sıra, deney düzeneği bireysel koloidal yüzücülerin fiziksel parametreleri ve yön bulma kuralları üzerinde tam kontrol sağlıyor ve değişken boyutlardaki sürülerin uzun vadeli gözlemlerine olanak tanıyor" dedi. Cichos'a göre, çok basit ve genel bir yön bulma kuralı tüm yüzücüler tarafından aynı şekilde takip edildiğinde, şaşırtıcı derecede karmaşık bir sürü davranışı ortaya çıkıyor. Örneğin yüzücüler aynı sabit noktayı hedefliyorsa, aynı yerde toplanmak yerine bir çeşit atlıkarınca oluşabilir. Uydulara veya atomik elektronlara benzer şekilde, yüzücüler daha sonra çekici merkezlerinin etrafında değişen yüksekliklerdeki dairesel yollar üzerinde dönerler. Bunun için gereken tek "akıllı" davranış kuralı, kendi kendine itişin çevresel algıya belirli bir zaman gecikmesiyle yanıt vermesidir; bu genellikle sivrisinek danslarından karayolu trafiğine kadar doğal sürü olaylarında meydana gelir. Böyle bir "gecikmeli" etkinin, yukarıda açıklanan atlıkarınca gibi karmaşık dinamik desenler oluşturmak için tek başına yeterli olduğu ortaya çıktı. Kroy, "Fiziksel olarak konuşursak, her yüzücü, gecikmeli süre ile yüzme hızının çarpımı yeterince büyükse, sistemin radyal simetrisini kendiliğinden kırabilir ve dairesel harekete geçebilir" dedi. Bunun aksine, daha büyük sürülerin yörüngeleri ve bunların senkronizasyonu ve stabilizasyonu, bireysel yüzücüler arasındaki sterik, foretik ve hidrodinamik etkileşimler gibi ek ayrıntılara bağlıdır. Yaşayan dünyadaki tüm sinyal-yanıt etkileşimleri zaman gecikmeli bir şekilde gerçekleştiğinden, bu bulgular aynı zamanda doğal sürü topluluklarındaki dinamik model oluşumunun anlaşılmasını da ilerletmelidir. Araştırmacılar, deneyleri için kasıtlı olarak ilkel ve tek tip gezinme kurallarını seçtiler. Bu onların gözlemlenen fenomenin katı bir matematiksel tanımını geliştirmelerine olanak sağladı. Bu amaçla kullanılan gecikmeli stokastik diferansiyel denklemlerin analizinde, yüzücülerin kendi geçmişleriyle gecikmenin neden olduğu etkili senkronizasyonunun, kendiliğinden dairesel hareket için anahtar mekanizma olduğu ortaya çıktı. Teori büyük ölçüde deneysel gözlemleri matematiksel olarak tahmin etmemize olanak sağlar. "Sonuç olarak, Brownian mikro yüzücü sürüleri için bir laboratuvar oluşturmayı başardık.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62161.php