02.12.2021
Мария Осетрова
2
5 498

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.
Позавчера, 12:19
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Позавчера, 18:24
Илья Ведмеденко

Российские специалисты приступили к сборке первого спутника, оснащенного плазменным двигателем VERA. Такие аппараты можно будет применять для дистанционного зондирования Земли, выявления стихийных бедствий и других задач.

7 часов назад
Мария Азарова

Множество людей по всему миру привились вакциной CoronaVac китайского производства. По данным ученых из США и Доминиканской Республики, судя по всему, этот препарат практически не защищает от распространяющегося в последние месяцы омикрон-штамма с несколькими десятками мутаций в S-белке.

Позавчера, 12:19
Илья Ведмеденко

В конце 2021 года российским ВКС передали два новых Су-57. О поставке первого серийного истребителя пятого поколения сообщили в 2020-м.

Позавчера, 18:24
Илья Ведмеденко

Российские специалисты приступили к сборке первого спутника, оснащенного плазменным двигателем VERA. Такие аппараты можно будет применять для дистанционного зондирования Земли, выявления стихийных бедствий и других задач.

7 часов назад
Мария Азарова

Множество людей по всему миру привились вакциной CoronaVac китайского производства. По данным ученых из США и Доминиканской Республики, судя по всему, этот препарат практически не защищает от распространяющегося в последние месяцы омикрон-штамма с несколькими десятками мутаций в S-белке.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

[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
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: