• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.12.2021
Мария Осетрова
2
5 765

Физики показали, как пингвины-эгоисты достигают коллективного оптимума

3.8

На примере пингвинов физики показали, что стремление каждого элемента системы к личному комфорту не мешает всей группе достичь оптимума. Это возможно благодаря действию сил, связывающих сразу три объекта системы.

Пингвины как активные частицы в скалярном поле. / © HHU / Alexandra V. Zampetaki
Пингвины как активные частицы в скалярном поле. / © HHU / Alexandra V. Zampetaki

Чтобы не замерзнуть в Арктике, пингвины держатся вместе, собираясь небольшими группами. Но если стоять слишком близко друг к другу, можно перегреться, а если отойти слишком далеко — замерзнуть. У каждого пингвина есть идеальная температура, к которой он стремится, подбирая наиболее подходящее положение в пространстве.

Такая группа пингвинов — отличный пример системы из множества взаимодействующих между собой активных частиц (или «интерактивных агентов»), которые постоянно заняты самооптимизацией — поиском для себя наилучшего положения в пространстве. В своей работе ученые решили подробно изучить динамику поведения таких систем, поскольку многие реальные системы используют похожие методы самооптимизации.

Оказалось, именно «шкурный интерес» — личное стремление к лучшим условиям — каждого активного агента позволяет достичь оптимального состояния для целой группы. Физики использовали принципиально новую модель для активных частиц, в которой агенты сами выбирают, куда двигаться.

Частицы находятся в общем скалярном поле, где каждой точке соответствует некоторое значение параметра — в случае пингвинов это температура. В скалярном поле частицы движутся в направлении наибольшего изменения, чтобы как можно быстрее попасть в точку с оптимальным значением параметра. Исследователи обнаружили, что взаимодействие с полем автоматически приводит к возникновению сил, которые связывают сразу три частицы. По словам ученых, эти триплетные силы — ключ к пониманию коллективной динамики взаимодействующих активных частиц.

Описанный в статье подход показал, как групповая динамика, основанная на стремлении каждой частицы к собственному оптимуму, оказывается выгодна для всей системы. Она приводит к упорядоченной апериодической конфигурации, в которой активные частицы с меньшим количеством соседей расположены ближе друг к другу, чтобы согреться, — точно так же, как пингвины.

Обнаруженный принцип оптимизации проводит параллель между физикой и биологией и показывает, как количественное моделирование на основе простых правил коммуникации приводит к явлениям, невозможным при обычном парном взаимодействии. Похожую динамику ученые ожидают обнаружить в других биологических сообществах — например, в группах других животных или сообществах микроорганизмов.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
12 часов назад
Даниил Кузнецов

К осени 2022 года редакция Naked Science осмотрелась вокруг и решила, что настала пора запустить цикл статей об искусственном интеллекте. Мы начинаем с большой статьи, подзаголовком которой могла бы стать фраза «краткое введение в историю ИИ — от средневековых монахов до глубокого обучения».

10 часов назад
Сергей Васильев

Считается, что Луна появилась из вещества, которое было выброшено в космос в результате столкновения Земли с крупным небесным телом. Новая детальная симуляция той древней катастрофы продемонстрировала, что этот процесс мог занять не больше нескольких часов.

Вчера, 20:31
Никита Логинов

Микробиологи решили одну из давних проблем пивоварения — сделали вкус пива устойчивым к высокому давлению при варке. Для этого пришлось углубиться в ДНК пивных дрожжей и отредактировать код, связанный с насыщенностью вкуса.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

3 октября
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

02.12.2021
-
0
+
Как я и подозревал на интуитивном уровне, что хорошо для индивида, хорошо и для коллектива.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: