Wetenskaplikes het uitgevind hoe spinnekoppe uitvind watter deel van die web hul slagoffer gekry het

INHOUDSOPGAWE:

Wetenskaplikes het uitgevind hoe spinnekoppe uitvind watter deel van die web hul slagoffer gekry het
Wetenskaplikes het uitgevind hoe spinnekoppe uitvind watter deel van die web hul slagoffer gekry het
Anonim

Wiskundiges het 'n eenvoudige beginsel ontdek waarmee spinnekoppe kan uitvind in watter deel van hul vangnet die volgende slagoffer geval het, en ook die internet gebruik om voortdurend inligting oor die omgewing te versamel. Hulle bevindings is gepubliseer in die SIAM Journal on Applied Mathematics.

Die spinnerak is 'n natuurlike, baie liggewig en elegante struktuur met 'n geweldige sterkte ten opsigte van sy massa. Tot dusver het ons nie eers 'n vereenvoudigde meganiese model gehad wat die werking en aard van hierdie tweedimensionele vibrasiesisteem beskryf nie, 'Een van die outeurs daarvan, professor in wiskunde aan die Universiteit van Udine (Italië) Antonio Morassi.

Die spinnerak trek al dekades lank die aandag van 'n wye verskeidenheid wetenskaplikes. Ingenieurs en wiskundiges is byvoorbeeld geïnteresseerd in die beginsels van die struktuur van die web, biochemici en chemici - die samestelling daarvan en die moontlikhede om die komponente daarvan in die praktyk te gebruik, en evolusioniste - in hoe spinnekoppe geleer het om sulke vangbanke te weef.

Wetenskaplikes hoop dat hierdie eksperimente die mensdom sal help om sommige van die uitvindings van die natuur te "kopieer" en ons sal leer om dit vir ons eie doeleindes te gebruik. In Julie vanjaar het genetici byvoorbeeld die genoom van Madagaskar -spinnekoppe, wat die sterkste vangbanke op aarde weef, gedekodeer en 'n unieke proteïen ontdek wat hul vangnette tien keer sterker maak as Kevlar.

Morassi en sy kollega Alexandre Cavano van die Universiteit van São Paulo (Brasilië) het 'n wiskundige antwoord op een van die belangrikste biologiese raaisels gevind - hoe spinnekoppe byna onmiddellik bepaal in watter deel van hul web die volgende slagoffer beland het, en dit ook van willekeur onderskei windstoot of takke …

Jag wiskunde

Die weefsel is geweef van radiale en spiraalvesels, waarvan die samestelling en funksie verskil. Laasgenoemde bestaan uit 'n "sagte" variëteit sy, wat by die slagoffer kleef en verhoed dat hy die jagter se net verlaat. Radiale filamente bestaan uit 'n ekstra sterk variasie van hierdie proteïenvesels wat die weefsel in plek hou en verhoed dat dit kronkel.

In die verlede het wiskundiges probeer om dit voor te stel as eendimensionele strukture waarlangs trillings wat veroorsaak word deur die "aandete" van die spinnekop of deur willekeurige prosesse voortplant. Hierdie modelle het goed beskryf hoe verskillende soorte ossillasies ontstaan, maar hulle kon nie verduidelik hoe die agtpoot-roofdier presies hul tipe bepaal en hul bronne lokaliseer nie.

Cavanaugh en Morassi het hierdie probleem opgelos deur die spinnerak voor te stel as 'n soort tweedimensionele membraan, wat bestaan uit baie verweefde vesels van twee tipes. Verskillende soorte trillings versprei langs die oppervlak van hierdie membraan. Hierdie benadering het hulle in staat gestel om hulself in die skoene van 'n spinnekop te skuil wat in die middel van die web skuil, en om te verstaan hoe dit sy slagoffers, wind en ander bronne van geraas "hoor".

Berekeninge het getoon dat 'n roofdier die posisie van sy prooi bepaal deur te vergelyk hoeveel die spanningskrag van verskillende radiale vesels wat sy bene raak, verander. Volgens die navorsers is die agt bene van die spinnekop genoeg om die bron van die trillings ondubbelsinnig te bepaal en te verstaan wat dit veroorsaak.

Soortgelyke wiskundige beginsels, volgens Morassi, kan toegepas word om supergevoelige druksensors en ander sensors te skep, soortgelyk aan die beginsels van die toestel op die internet, sowel as om ander praktiese probleme op te los.

Aanbeveel: