Matematycy odkryli nowy sposób latać

0
29


Zdjęcia Aleksieja Смышляева / Интерпресс / TASS

Matematykom po raz pierwszy udało się zrozumieć, w jaki sposób latają nasiona mniszka lekarskiego. Okazało się, że mechanizm ten jest powszechnie stosowany w naturze, jednak do tej pory nie był stosowany w technologiach ludzkiej cywilizacji. Tymczasem inna praca naukowa opowiada o tym, jak головоногий clam co przywraca brakujące piksele obrazu

Nasiona mniszka lekarskiego, lecąc w górę od najmniejszego powiewu wiatru i długo unoszące się w powietrzu na swoich ażurowych spadochronie, — spektakl jest dość znane. Jakkolwiek dziwnie to brzmi, nauka do tej pory nie wiedziałam, w jaki sposób to się dzieje. Co więcej: według przybliżonych szacunków, docisk “spadochronu” powinno być całkowicie wystarczające dla takiego długiego lotu. Dopiero niedawno zagadka mniszka została rozwiązana matematyków z uniwersytetu w Edynburgu, o czym poinformował w swoim artykule, opublikowanym w “Nature”.

Spadochron nasiona mniszka lekarskiego — tak zwany “паппус” — składa się z oddzielnych kosmków, podzielonych szczelinami powietrznymi. Inżynierów stawiała w ślepy zaułek następujących okoliczności: gdyby zamiast паппуса nasiona mniszka lekarskiego miało jednolity spadochron takiej samej powierzchni, to byłoby dość szybko spadało na ziemię. Pozornie powietrzne między kosmki są w stanie tylko pogorszyć sytuację. Jednak okazało się, że to nie jest tak: to właśnie dzięki przerwy i występuje pływalność, dziesięć razy przekraczającej tę, którą zapewniał stałe spadochron.

Naukowcy zauważyli, że liczba szarpie na паппусе może się zmieniać w dość wąskich granicach, od około 90 do 100 sztuk. Podejrzewali, że taka geometria nie jest przypadkowy. Obliczanie aerodynamiki nasiona mniszka lekarskiego, potwierdzone eksperymentami z рукотворными modelami, pokazał, że chodzi o zupełnie nowej zasadzie lotu.

Istotą efektu w tym, że, podobnie jak w przypadku skrzydła samolotu, podnoszenia siła wynika z różnicy prędkości przepływu powietrza. Jednak w tym przypadku chodzi o strumieniu powietrza, огибающем паппус na zewnątrz, a tym powietrzem, które przepływa вежду wokół. W rezultacie tworzy się wir powietrza szczególnego rodzaju — oddzielony, czyli powstający nad паппусом w pewnej odległości od niego. Okazało się, że geometria szarpie na паппусе mniszka lekarskiego — stosunek grubości i przerw między nimi — idealnie dopasowana do tworzenia docisk i stabilizacji lotu przy minimalnej masie zużytego materiału.

Tak więc ewolucja dała одуванчику sposób latać, oparty na zasadach, nieznanych ludzkim inżynierom. Okazało się, że “oddzielone wiry” są używane i innymi ziemskimi istotami: na przykład, kosmki, znajdujące się na krawędziach skrzydeł wielu owadów, mogą pełnić tę samą funkcję. Niemniej jednak, w żadnym technicznych urządzeń, stworzonych przez ludzi, w ten sposób, aby latać nigdy nie był używany.

Konstruowanie samolotów są cięższe od powietrza zaczęło się od naśladowania ptaków, a także warzyw owoców-крылаткам. Zajęło sporo prób i błędów, zanim ta zasada została zawarta w pierwszych samolotach. Jak budynkiem przełomy w stanie doprowadzić zrozumienie mechanizmu lotu mniszka lekarskiego, przewidzieć nie można, ale jest oczywiste, że potencjał tego odkrycia znaczny.

Mamy do czynienia z sieci neuronowych, zdolny, z niesamowitą szybkością i dokładnością przywrócić brakujące fragmenty obrazu.

W past miesiącu ukazała się kolejna praca naukowa, gdzie opisany jest naturalny mechanizm, który może stanowić podstawę nowych technologii. W tym artykule, również opublikowanym w “Nature”, chodzi o kałamarnicy — головоногом моллюске, sprawnie zmieniać swój kolor w zależności od otoczenia i nastroju. Skóra mątwy zawiera specjalne komórki — хроматофоры — zawierające pigment, swego rodzaju “piksele”, z których składa się malowanie clam. Kolor obszaru skóry zależy od napięcia mięśni podskórnych, a te, z kolei, prowadzi wiele neuronów motorycznych.

O tym, jak dokładnie przebiega proces zmiany koloru u mątwy, opowiada popularny artykuł w tym samym czasopiśmie “Nature”. Dla tych, którzy interesują się rozwojem nowych technologii, najbardziej interesujące jest to kolejny aspekt pracy: aby stać się niewidoczna na tle podwodnych krajobrazów, co naśladuje ich barwę. Innymi słowy, ona postrzega obraz dna morskiego za pomocą wzroku i własnymi siłami wypełnia te brakujące piksele obrazu, które w tej chwili zamyka ciało najniższej mątwy. Tym samym mamy do czynienia z prostej sieci neuronowych, zdolny, z niesamowitą szybkością i dokładnością przywrócić brakujące fragmenty obrazu — umiejętność, która bardzo przyda się programistom systemów sztucznej inteligencji.

W ten sposób, raz dwie prace naukowe, opublikowane w październiku, pokazują, jak dużo możemy się nauczyć inżynierowie, po prostu kopiując te mechanizmy, które natura wypracowała metodą prób i błędów za setki milionów lat ewolucji. Przypomnijmy jeszcze raz, że rozwój lotnictwa zaczęło się od obserwacji lotu ptaków, a zasady napędu odrzutowego na długo przed Ciołkowskiego zostały wzięte na warsztat przez tych samych головоногими skorupiaki. Możliwe, że w przyrodzie można znaleźć wiele innych inspirujących przykładów, które posłużą nowym technologicznym wyzwań.