Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые Пермского Политеха выяснили, что большие скопления роботов группируются подобно стаям пингвинов
Выживание организмов в природе зависит от их способности адаптироваться к изменениям окружающей среды. Например, некоторые водоросли двигаются к источнику света для фотосинтеза. Бактерии перемещаются к более концентрированным участкам с химическими веществами, чтобы находить питание. Еще один пример такого поведения — биоконвекция — процесс самоорганизации, при котором организмы распределяют тепло равномерно по всему сообществу. Подобное явление наблюдается у пингвинов — они собираются в плотную стаю и перемещаются так, чтобы каждый успел согреться, побывав в самом теплом участке. Ученые ПНИПУ смоделировали такой эффект в группе роботов, каждый из которых выделяет тепло и движется в точку поля с наибольшей температурой. Выяснилось, что они способны циркулировать в пространстве подобно живым организмам.
Результаты могут применяться для микро- и нанороботов в медицинских или биотехнологических разработках, чтобы бороться с онкологическими заболеваниями, транспортировать лекарства по кровеносной системе или поддерживать функции отдельных органов. При этом тепло можно заменить любым другим способом коммуникации между роботами.
Исследование опубликовано в журнале Fluid Dynamics & Materials Processing. Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования России. Активная среда – это совокупность элементов, которые самостоятельно перемещаются и взаимодействуют друг с другом. Изучение таких систем позволяет понять процессы объединения единиц в биологические структуры. Это называется самосборкой.
Подобное происходит и среди высших животных. Например, императорские пингвины на зимовке демонстрируют коллективные действия, основанные на простых физических принципах. Когда погода ухудшается, животные переходят к плотной стае, состоящей из сотен и тысяч особей. Внутри такой толпы температура достаточна для выживания.
Уже доказано, что в этой среде наблюдается не только самосборка птиц, но и фазовые переходы первого и второго порядка. Первый – это когда из одного агрегатного состояния среда переходит в другое. То есть, плотность нахождения пингвинов характеризует какое-то состояние – если они расположены на расстоянии, то это напоминает газ, если плотно, то жидкость. Переход второго рода заключается в изменении порядка в системе, то есть в проявлении самоорганизации.
Искусственный объект, например, робот, действующий по определенному простому алгоритму, тоже может быть элементом активной среды. Нескольких самоорганизующихся роботов, действующих сообща за счет алгоритмов, называют роем. Он является важным элементом различных технических систем, среди которых управление бактериальными киборгами в биомедицинских приложениях, технологии создания новых метаматериалов с внутренней структурой и другие.
«С помощью математического моделирования мы рассмотрели возможность возникновения коллективных вихревых движений у самодвижущихся роботов и доказали, что это вполне реализуемый сценарий. Разработали модель явления и программную реализацию алгоритма, которая заставляет ботов искать максимум температурного поля. Кроме того, создали модель сплошной среды для подтверждения численных результатов. Так можно наблюдать внезапную циркуляцию роботов от края группы к ее центру и обратно, что напоминает классическую тепловую конвекцию (течение, которое образуется при нагреве снизу и охлаждении сверху).
Мы обнаружили, что с увеличением числа особей рой демонстрирует все более сложные модели циркуляции», – объясняет аспирант кафедры прикладной физики ПНИПУ Кирилл Костарев. В рамках математической модели ученые ПНИПУ предположили, что каждый робот является источником тепла, оснащен датчиками температуры и, следуя простой программе, движется в направлении градиента глобального температурного поля. Политехники стремились доказать, что законы поведения сложных систем одинаковы для элементов разной природы – как для живых, так и для созданных человеком.
«Мы рассмотрели свойства сформировавшегося роя из мелких роботов в заданных границах. Результаты анализа математической модели показали, что с увеличением их количества в рое проявляется самоорганизация. Выяснилось, что аналоги тепловой конвекции возникают в различных активных средах, когда элементы системы имеют внутренние источники энергии и способны двигаться за их счет. В эту категорию попадают как стайные живые организмы, так и коллективы из роботов с вибромоторами», – рассказывает доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой прикладной физики ПНИПУ Дмитрий Брацун.
Открытие носит фундаментальное значение, поскольку демонстрирует силу и универсальность физических принципов, которые лежат в основе науки синергетики. Исследование ученых ПНИПУ доказывает, что живые и неживые системы имеют много общего. Группы роботов способны самоорганизовываться подобно живым организмам в природе. Благодаря этому исследованию станет понятно, как использовать физические процессы в пользу науки. В будущем результаты работы послужат для качественного управления системами роботов и для разработки новых функциональных материалов разных устройств и приборов, которые продвинут медицину вперед.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые Санкт-Петербургского государственного университета в составе научной группы выявили ген, который позволил арахису стать природным ГМО и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.
В Мурманской области не добывают золото: его месторождений здесь пока не нашли. Впрочем, сообщения о находках этого металла датируются еще XVIII веком. Геологам также известны в Кольском регионе рудопроявления золота — минеральные тела, содержащее драгоценный металл в ассоциации с другими минералами, характерными для промышленных руд, но в таком количестве, что при нынешнем развитии экономики и технологий добывать его нерентабельно. Чтобы обнаружить в Кольском Заполярье месторождения золота, необходимы новые исследования. Ученые Геологического института Кольского научного центра провели их и узнали о природе местных рудопроявлений.
Американские биологи впервые провели анатомический анализ лицевых мышц койотов и обнаружили у этих хищников мышцы, которые позволяют домашним собакам строить «щенячий взгляд». Гипотетически этот признак возник при одомашнивании, но авторы новой научной работы опровергли эту версию. Вдобавок исследователи обнаружил мышцу-пучок, которая позволяет койотам щуриться.
Международная исследовательская группа смогла прорастить семя древнего дерева из рода коммифора (Commiphora), найденного в пещере Иудейской пустыни в 1980-х годах. Ученые предположили, что это растение упоминается в библейских текстах. История семени, пролежавшего в земле почти тысячу лет, не только впечатляет, но и открывает новые возможности для изучения древней флоры засушливого региона.
Натуральные, или счетные, числа обозначают количество чего-либо или порядковый номер предмета относительно других. Ноль, не относящийся к натуральным числам, кодирует пустоту, отсутствие каких бы то ни было предметов. Однако человеческий мозг реагирует на него как на очень маленькое число, обнаружили ученые из Германии.
Уголь – один из главных источников производимой электроэнергии во всем мире. В то время как запасов природного газа и нефти хватит на 40–60 лет, а уранового топлива – на 80–90, угля достаточно на тысячи лет. Но есть одна проблема: его использование наносит серьезный вред экологии. Это и выброс парниковых газов (CO2, СН4), а также SOx, NOx и твердых частиц при его сжигании, и загрязнение почвы и подземных вод в зоне складирования отходов. Однако белорусские ученые считают, что за этим видом топлива будущее, и знают, как сделать использование угля безопасным для природы.
Марс не всегда был холодным и сухим, как сейчас. Все больше фактов говорит о том, что миллиарды лет назад там текли водные потоки. А значит, была плотная атмосфера, создающая парниковый эффект и поддерживающая воду в жидком состоянии. Примерно 3,5 миллиарда лет назад вода исчезла, газовая оболочка существенно поредела. Почему? Ответ буквально лежит на поверхности, выяснили американские геологи.
Французские исследователи проанализировали тысячи спутниковых снимков поверхности Антарктиды и выяснили, что почти весь континент покрывают продольные дюны — такой рельеф часто встречается на спутнике Сатурна Титане. Ученые также узнали, какие ветры формируют антарктические дюны, и нашли противоречие, раскрывающее детали климата на континенте.
Инженеры из Белоруссии разработали альтернативный маршрут для более быстрой, безопасной и доступной перевозки грузов по сравнению с использованием Северного морского пути (СМП). Проект предусматривает организацию высокоскоростных грузопассажирских перевозок, в том числе транзитных, что станет альтернативой другим видам транспорта, в первую очередь авиации, за счет высокой скорости передвижения и уровня комфорта.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно