Физики научились управлять толпой с помощью беспорядка

Физики научились управлять толпой с помощью беспорядка

Международный коллектив ученых показал, как неупорядоченное внешнее воздействие способно качественно менять коллективное поведение активной материи: группы движущихся частиц или, к примеру, стаи птиц или толпы людей. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Авторы изучали, как отличается движение активных коллоидных частиц (размером несколько микрон), если внешнее воздействие было равномерным или неравномерным, но с такой же средней интенсивностью. В качестве этого воздействия выступал лазерный луч, который при обычных условиях заставляет коллоидные частицы фокусироваться в одной области (такой метод часто называют «оптическим пинцетом»).

Для того, чтобы активировать частицы, в раствор также добавляли суспензию бактерий E.coli. Эти микроорганизмы обладают собственной подвижностью, а за счет столкновений также заставляют соседние коллоидные частицы двигаться быстрее, чем в обычном диффузионном режиме. Из-за небольшого перепада температуры, который создавал лазерный луч, концентрации бактерий внутри и снаружи него были разными. Это приводило к тому, что в центре освещенного пятна коллоидным частицам было менее выгодно находиться.

Ученые рассматривали два варианта внешнего облучения: 1) лазерное пятно равномерно; 2) лазерное пятно хаотично рассеяно, то есть содержит островки с большей или меньшей интенсивностью. При этом в каждом случае рассматривались системы в присутствии бактерий или без них.

В неактивированной системе (без клеток бактерий) поведение частиц качественно не различалось в зависимости от облучения: с течением времени они концентрировались внутри освещенного пятна, образуя плотную упаковку. Однако в присутствии бактерий частицы двигались в противоположные стороны: при равномерное облучении они медленно фокусировались внутри пятна, а при хаотичном — так же медленно покидали освещенную область.

Авторы объясняют такие необычные результаты тем, что при равномерном облучении существует лишь один локальный центр, где выгоднее всего находится частицам. При этом те из них, кто уже попал в центр, «прижимаются» снаружи другими частицами, поэтому не могут выйти из него.

В случае неравномерного освещения глобальный минимум энергии (то есть наиболее выгодное положение) по-прежнему один, однако локальных минимумов множество. Каждый из них может «захватить» частицу, что нарушает плотную упаковку и общую симметрию системы. В итоге из-за повышенной концентрации бактерий в освещенном участке частицам все же оказывается выгоднее выйти из этой области.

Результаты нового исследования, по мнению авторов, применимы ко многим частным случаям активных систем. Наиболее близкой аналогией является аномальная диффузия, которая наблюдается внутри живых клеток. Однако ученые приводят и другие примеры: стаи перелетных птиц или большие скопления людей. Во всех случаях неравномерное внешнее воздействие может играть ключевую роль в том, какой механизм движения установится в системе.

Тарас Молотилин

N+1

Похожие новости:
Беспилотники научились сбивать с помощью звука
Южнокорейские инженеры научились сбивать беспилотники с помощью звука, выводя из строя их бортовые гироскопы. Об этом сообщается в докладе, который сотрудники Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) представят на конференции в Вашингтоне 12-14 августа 2015 года. Электронный гироскоп, постоянно ..
2015-08-07 5475 0 Разное, интересное
0
Музыка компьютерного века
Оказывается, в голове каждого из нас живет композитор. Он творит каждую минуту. Российские ученые не только открыли это, но и научились слушать и записывать музыку мозга.Источник: vesti.ru ..
2012-07-10 1153 0 Разное, интересное
0
У мирового океана есть "память"
Вода в Мировом океане способна «хранить» информацию о живших в ней существах, установили ученые из Института полярных исследований имени Альфреда Вегенера (AWI). По их словам, океан «помнит» благодаря органическим молекулам, которые сохраняются в воде после распада тела живого ..
2012-10-3 1472 0 Разное, интересное
0
Психологи научились мгновенно оценивать IQ человека
Журнал Current Biology опубликовал статью психологов, которые утверждали, что интеллектуальные способности человека можно определит в пределах 1-2 минут при помощи простого визуального теста.Ученые провели серию тестов и экспериментов по наблюдению людьми движущихся полосок. Задача добровольцев состояла ..
2013-05-27 3248 0 Разное, интересное
1
Геомагнитный компас подарил слепым крысам «шестое чувство»
Нейропротез, посылающий геомагнитные сигналы непосредственно в мозг, позволил слепым крысам свободно ориентироваться и находить пищу в лабиринте. Результаты этого эксперимента показали, как легко животное может освоить «шестое чувство» искусственного происхождения. Исследование японских ученых представлено ..
2015-04-06 1265 0 Разное, интересное
0
Японцы создали хвост, которым можно двигать силой мысли
Для тех, кто любит необычные украшения и заинтересован в идее кибернетического тела, будет интересно новое изобретение компании Neurowear под названием Shippo. Вслед за "умными" кошачьими ушками фирма выпустила хвост, который управляется мозговой активностью пользователя. По всей видимости, ..
2012-09-21 1629 0 Разное, интересное
0
Ученые предлагают вводить пароли силой мысли
Текстовые пароли служат человечеству верой и правдой вот уже много лет. Тем не менее, у них немало недостатков - вводить их не слишком-то удобно, да еще всегда есть вероятно, что пароль подсмотрят или украдут. В качестве альтернативы ученые предлагают использовать электрические волны мозга пользователя. Ведущие IT-компании ..
2013-04-10 1295 0 Разное, интересное
0
20-кратное растяжение мозга позволило рассмотреть устройство синапсов
Американские ученые усовершенствовали методику микроскопии, основанную на физическом увеличении размеров образцов мозга. В нынешнем виде она позволяет визуализировать структуры, формирующие синапс, с помощью обычного светового микроскопа. Описание метода приводится в журнале Nature Methods. Визуализация с помощью световой микроскопии ограничена дифракционным ..
2017-04-19 13254 0 Разное, интересное
0
Можно ли научить арифметике муху?
Сорок поколений понадобилось дрозофилам, чтобы научиться отличать «тройку» от «двойки» и «четвёрки». Сейчас уже мало кто сомневается, что считать могут не только люди, но и животные. Арифметические способности были обнаружены среди амфибий, рыб и насекомых. Но до сих пор никто не задавался вопросом, можно ли усилить эти способности ..
2012-07-11 1302 0 Разное, интересное
0
Создан электронный интерфейс между мозгом и мышцами
Новая технология позволяет головному мозгу произвольно управлять мышцами конечностей, минуя спинной мозг. Потенциально она позволит вновь вернуть подвижность парализованным пациентам. Пока, правда, система испытана только на животных. Нейрофизиологи из школы медицины Северо-Западного университета построили ..
2012-08-5 1521 0 Разное, интересное
0
Кипящие капли заставили двигаться в гору
Британские физики научились контролировать движение капель, левитирующих над раскаленной поверхностью благодаря эффекту Лейденфроста: направлять их вверх по уклону и отклонять в стороны. Работа опубликована в журналеScientific Reports, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Бата. Ученые работали с металлическими ..
2012-11-1 1274 0 Разное, интересное
0
Не только люди могут заключать военные альянсы
Исходя из результатов недавних исследований, стало известно, что бактерии вступают в «альянсы» для успешной борьбы с другими видами бацилл, которые проживают в водах Мирового океана. Уже давно известно, что различные бактерии могут тесно взаимодействовать между собой и в такой способ ..
2012-11-3 1467 1 Разное, интересное
0
«Гибкость» человеческого мозга проверили с помощью игры
Согласно исследованию ученых из Техасского университета, нейроны решетки в человеческом мозге формируют более адаптивную к окружающей среде систему, чем у других млекопитающих. Исследование опубликовано в PNAS.Вместе с нейронами места, нейронами направления головы, нейронами границы и нейронами скорости, нейроны ..
2017-05-03 18953 0 Разное, интересное
0
Durex создала трогательное устройство для виртуального секса
Компания Durex — производитель контрацептивов — на одной из своих выставок, презентовала секс-игрушку для безопасного секса. Теперь с помощью специального нижнего белья для девушек и парней можно устроить эротический массаж с помощью дисплея своего смартфона. Продукт называется Fundawear, ..
2013-04-20 2968 0 Разное, интересное
0
Физики научились бороться с брызгами
Физики из Франции и Великобритании выяснили, как на вероятность образования брызг при падении капли жидкости на поверхность влияет жесткость этой поверхности. Работа дает ученым инструмент для создания брызгогасящих поверхностей для работы с опасными препаратами и веществами. Исследование опубликовано в журнале Physical Review ..
2016-10-27 3273 0 Разное, интересное
0