Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Midgesværme viser mekaniske egenskaber, opfører sig som et viskoelastisk materiale

Gennemsnitlig sværmrespons på en oscillerende sværmmarkør. (A) Baner (> 40 s lange) af individuelle myg (hver farve svarer til en anden myg) er individuelt indviklede, men forbliver lokaliseret over den jordbaserede sværmmarkør (sort firkant). (B) Skitse af vores eksperimentelle opsætning. Sværme dannes inde i en plexiglasterning, der måler 122 cm på en side, og afbildes ved hjælp af tre kameraer monteret uden for kabinettet. Sværmmarkøren (i mørkegrå) er monteret på et lineært trin (i rødt), der kan svinges over en række kontrollerede frekvenser og amplituder i retningen angivet af de hvide pile, som vi betegner som x-retningen. z øges lodret fra sværmmarkøren (antiparallel til tyngdekraften), med selve markøren ved z =0. Midge-udviklingstanke (lyseblå) og fire infrarøde lysemitterende diode-arrays (gul; yderligere arrays på toppen af ​​kabinettet er ikke vist) er også vist. (C) Fasegennemsnitlig position af midten af ​​sværmmarkøren X M og sværmens massecentrum X S . Sværmens massemidtpunkt sporer markørens sinusformede bevægelse, dog med en reduceret amplitude og en faseforsinkelse. (D) Amplituden af ​​sværmens massecenterbevægelse AS som funktion af amplituden af ​​markørbevægelsen A M for to forskellige oscillationsfrekvenser, viser en lineær sammenhæng mellem de to. Det skraverede område viser SEM.

Et team af forskere fra Stanford University og Rothamsted Research, har fundet ud af, at mygesværme har nogle typer af mekaniske egenskaber og også reagerer på en stimulus til tider som en viskoelastisk. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , gruppen beskriver deres undersøgelse af sværmadfærd hos en art af myg, og hvad de fandt.

Midge er en uofficiel klassificering af tovinget flue. Der er mange arter, hvoraf de fleste er forbundet med sværme, der lever nær vand eller sumpede områder. I denne nye indsats, forskerne ønskede at lære mere om de fysiske egenskaber ved sværmningsadfærd ud fra en hel sværms perspektiv, snarere end individerne i den. Til det formål, de fik en masse hanner Chironomus riparius , som vides at sværme over en given genstand såsom en træstub som en del af deres parringsritual – sværmen tillader hunnerne at finde dem på afstand. I deres laboratorium, forskerne placerede en firkant af sort filt på bunden af ​​en tank, som myggene kunne bruge som deres orienterende objekt. Når filtstykket blev flyttet, sværmen svarede på det. For at teste sværmsvar på det, filtfirkanten var fastgjort til en lille oscillerende anordning.

Forskerne rapporterer, at de fokuserede specifikt på, hvordan sværmen reagerede som en hel enhed på det bevægelige objekt under dem. De rapporterer, at det opførte sig på en lagdelt måde, med dem, der er tættest på det bevægelige objekt, der reagerer hurtigere end dem i fjernere lag. Forskerne antyder, at dette sandsynligvis skyldtes udbredelsesforsinkelser i meddelelser mellem individer. De observerede også mekaniske egenskaber - og nogle gange opførte sværmen sig elastisk, mens den på andre tidspunkter opførte sig mere som en tyktflydende væske - som i fysik, mente det opførte sig som et viskoelastisk materiale. De fandt også ud af, at nogle gange, viskositetsegenskaberne blev overvundet af de elastiske egenskaber, hvilket førte til en observeret dæmpende effekt af sværmens samlede bevægelse. Forskerne foreslår, at dette gjorde sværmen mere stabil, gør det lettere for hunnerne at finde den. De foreslår også, at deres resultater kan have en vis relevans for sværmende robotter.

Rekonstruerede positioner af individuelle myg (sorte prikker) i en sværm set fra siden. En sværmmarkør (rød linje), som er en sort firkantet plade, svinger frem og tilbage under sværmen, hvilket resulterer i en vandrende bølge, der bevæger sig opad gennem sværmen væk fra markøren. Kredit:Kasper van der Vaart

© 2019 Science X Network