Visste du att när en grupp robotar eller bakterier rör sig i ett utrymme där det finns flera fria föremål, så avleder de dessa föremål så att de kan passera? Ett internationellt forskarlag lyckades visa att spåret efter denna rörelse bidrar till bildandet av grupper, som fungerar som en effektiv kommunikationsmekanism dem emellan, i en studie som nu publicerats i Nature Communications .
Den första författaren, Cristóvão Dias, är forskare vid institutionen för fysik och vid centrum för teoretisk och beräkningsfysik vid vetenskapsfakulteten vid universitetet i Lissabon (Ciências ULisboa) (Portugal). Manish Trivedi och Giorgio Volpe (University College London, Storbritannien), Giovanni Volpe (Göteborgs universitet, Sverige) och Nuno Araújo (Ciências ULisboa) är medförfattare till denna artikel.
Att förstå samordningsmekanismer i decentraliserade system har potential att positivt påverka flera kunskapsområden, från biologi till robotik. För att ta reda på hur detta samarbete kom till, relevansen av dessa vetenskapliga framsteg och nästa forskningssteg talade vi med författarna.
Nuno Araújo (NA):Under de senaste åren har vi, inom ramen för ett doktorandnätverk finansierat av Europeiska kommissionen, samarbetat med dessa två grupper, en från University of College of London och Göteborgs universitet (Sverige) , i studien av rörelsen av aktiva partiklar som bakterier, mikrorobotar och andra, i oordnade miljöer.
Genom att observera hur de interagerar med den omgivande miljön, förändra den och hur detta påverkar själva partiklarnas rörelse, identifierade vi ett icke-trivialt beteende som ledde till bildandet av grupper och utvecklade metoder för att bättre förstå de inblandade mekanismerna.
Cristóvão Dias (CD):Denna studie tar upp ett system som består av kolloidala partiklar av Janus-typ som, liksom den grekiska guden Janus, har två olika "ansikten". I vårt fall är det här sfäriska partiklar där en av halvkloten är täckt av grafit, vilket ger dem framdrivning i en specifik riktning och beter sig som en robot i mikroskala.
Vårt fokus är att förstå hur dessa aktiva partiklar, som fungerar som autonoma agenter, interagerar med den omgivande miljön, förändrar den och hur minnet av dessa förändringar underlättar koordination, som kulminerar i bildandet av grupper.
CD:När en aktiv partikel rör sig i ett medium med rörliga föremål, kolliderar den med dem, vilket slutar med att avleda dem. Detta leder till bildandet av kanaler som kan användas av andra aktiva partiklar.
Genom att kombinera experimentella och beräkningsmetoder, vad vi kunde visa är att bildandet av dessa kanaler främjar ett större möte mellan aktiva partiklar och följaktligen bildandet av grupper. Trots att de inblandade arterna inte kan kommunicera direkt uppstår en förmåga att samordna sitt agerande och bilda grupper på ett effektivt sätt.
NA:Detta arbete banar väg för införandet av metoder som tillåter utforskning av komplexa medel med aktiva system utan resonemang. Den kunskap som produceras bidrar till att främja vetenskaplig förståelse, men har också praktiska implikationer, och erbjuder innovativa metoder för utveckling av autonoma system som kan fungera effektivt i utmanande miljöer.
Denna djupgående förståelse av koordinationsmekanismer i decentraliserade system har potential att positivt påverka flera kunskapsområden, från biologi till robotik, hjälpa till att förstå hur naturen utvecklade effektiva koordinationsmekanismer och hjälpa till att implementera autonoma system med minimal komplexitet av enskilda enheter.
NA:Nästa steg involverar att fördjupa vår förståelse av denna samordningsmekanism och att utforska konsekvenserna i ett mer allmänt sammanhang. Vi avser att tillämpa denna kunskap för att förbättra effektiviteten och anpassningsförmågan hos decentraliserade system till olika längd- och tidsskalor.
CD:Det här arbetet belyser vikten av att utforska och förstå de komplexa interaktionerna mellan aktiva system och deras omgivning och utnyttja dessa principer för att förbättra effektiviteten och anpassningsförmågan hos autonoma system inom olika områden.
Mer information: Cristóvão S. Dias et al, Miljöminne ökar gruppbildningen av aningslösa individer, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43099-0
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av University of Lissabon
