Kuşların veya balıkların sürüsü sırasında, her varlık konumunu diğerlerine göre koordine eder, böylece sürü daha büyük, tutarlı bir birim olarak hareket eder. Öte yandan ateşböcekleri zamansal davranışlarını koordine ederler: bir grup içinde, sonunda hepsi aynı anda yanıp söner ve böylece senkronize osilatörler olarak hareket ederler.
Bununla birlikte, çok az varlık hem uzaysal hareketlerini hem de içsel zaman saatlerini koordine eder; sınırlı örnekler, eşzamanlı olarak uzayda sürülen ve zaman içinde salınan “sürü” olarak adlandırılır. Japon ağaç kurbağaları örnek sürülerdir: her kurbağa, bir gruptaki diğer tüm kurbağalara göre hem konumunu hem de vraklama oranını değiştirir.
Dahası, kurbağalar nalları diktiklerinde şekil değiştirirler: Ağızlarının altındaki hava kesesi ses çıkarmak için şişer ve söner. Bu koordineli davranış, çiftleşme sırasında önemli bir rol oynar ve bu nedenle kurbağaların hayatta kalması için hayati önem taşır. Sentetik alemde, münferit birimlerin eşzamanlı olarak uzaysal montajlarını, zamansal salınımlarını ve morfolojik değişiklikleri senkronize ettiği neredeyse hiç malzeme sistemi yoktur. Bu tür yüksek düzeyde kendi kendine organize olan malzemeler, düzenli, tekrarlanan bir işlevi gerçekleştirmek için bir araya gelen ve iş birliği ile biçimlerini değiştiren kendinden tahrikli yumuşak robotlar oluşturmak için önemlidir.
Pittsburgh Üniversitesi Swanson Mühendislik Okulu’ndaki kimya mühendisleri, kendine özgü bir dinamik kendi kendine organizasyon modu sergileyen, kendi kendine salınan esnek malzemelerden oluşan bir sistem tasarladılar. Sürüleyici davranışını sergilemenin yanı sıra, bileşen malzemeleri sıvı dolu bir bölmede etkileşime girerken genel şekillerini karşılıklı olarak uyarlar. Bu sistemler, işbirlikçi, kendi kendini düzenleyen yumuşak robotik sistemler üretmenin yolunu açabilir.
İki aktif tabakanın otonom bağlı salınımları. Tamamen kaplanmış iki tabaka başlangıçta yama çevresinde simetrik konumlara yerleştirilir. Kredi bilgileri: Raj Kumar Manna
Grubun araştırması bu hafta Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayınlandı . Baş araştırmacı, Seçkin Kimya ve Petrol Mühendisliği Profesörü Anna C. Balazs ve John A. Swanson Mühendislik Başkanı’dır. Baş yazar Raj Kumar Manna ve ortak yazar Oleg E. Shklyaev, her ikisi de doktora sonrası yardımcı.
Balazs, “Kendiliğinden salınan malzemeler periyodik olmayan bir sinyali malzemenin periyodik hareketine dönüştürür” diye açıkladı. “Bilgisayar modellerimizi kullanarak, ilk olarak yer, hareket ve şekilde kendiliğinden salınım değişikliklerine uğrayarak kimyasal reaktanların periyodik olmayan girdisine yanıt veren bir çözümde mikron ve milimetre boyutunda esnek tabakalar tasarladık. Örneğin, başlangıçta düz, tek bir tabaka morfları mikro bölmede aynı anda ileri geri salınan dalgalı bir balık kuyruğunu andıran üç boyutlu bir şekle dönüşüyor. ”
Esnek tabakaların kendi kendine salınımları, bir akışkan bölmesindeki katalitik reaksiyonlarla güçlendirilir. Tabaka ve hazne yüzeylerindeki reaksiyonlar karmaşık bir geri bildirim döngüsü başlatır: reaksiyondan gelen kimyasal enerji, esnek tabakaları taşıyan ve deforme eden sıvı akışına dönüştürülür. Yapısal olarak gelişen tabakalar da, tabakaları deforme etmeye devam eden sıvının hareketini etkiler.
Manna, “Gerçekten ilginç olan, ikinci bir sayfa sunduğumuzda, titreşen yapılar arasındaki yeni kendi kendine organizasyon biçimlerini ortaya çıkarmamızdır” diye ekliyor. Özellikle, iki tabaka, yalnızca konumlarını ve zamansal titreşimleri koordine etmek için değil, aynı zamanda karşılıklı şekil değişikliklerini de senkronize etmek için akışkan yoluyla iletişim kuran bağlı osilatörler oluşturur. Bu davranış, ağaç kurbağası sürülerinin göreceli uzaysal konumlarını koordine eden ve kurbağanın şeklinde periyodik bir değişikliği de içeren (şişkin veya sönük bir boğazla) vıraklama zamanına benzer.
Shklyaev, “Karmaşık dinamik davranış biyolojik sistemlerin kritik bir özelliğidir” diyor. Şeyler bir araya gelip hareket etmeyi bırakmaz. Benzer şekilde, bu tabakalar daha büyük, kompozit dinamik bir sistem oluşturmak için uygun zamanda ve yerde toplanır. Dahası, bu yapı kendi kendini düzenler ve tek bir tabakanın tek başına gerçekleştiremeyeceği işlevleri yerine getirebilir. ”
Balazs, “İki veya daha fazla tabaka için, kolektif zamansal salınımlar ve uzamsal davranış, farklı tabakaların boyutunu veya tabakadaki katalizör kaplama modelini değiştirerek kontrol edilebilir” diyor. Bu varyasyonlar, salınımların göreceli fazı üzerinde kontrole izin verir, örneğin, osilatörler faz içi veya anti-fazda hareket edebilir.
“Bunlar çok heyecan verici sonuçlar çünkü 2B levhalar kendiliğinden 3B nesnelere dönüşüyor, bu da salınım yapmayan bir sinyali kendiliğinden şekli ve periyodik hareketi hareketli parçalarının her biri tarafından düzenlenen daha büyük bir toplam oluşturmak için” talimatlara “çeviriyor.” notlar. “Araştırmamız nihayetinde biyo-esinlenmiş hesaplama biçimlerine yol açabilir – tıpkı elektronikte bilgi iletmek için eşleştirilmiş osilatörlerin kullanılması gibi – ancak kendi kendini sürdüren, kendi kendini düzenleyen davranışlarla.”
Alıntıdır bknz: Techxplore