Udledning af størrelsen af et kollektiv af selvkørende Vicsek-partikler ud fra den tilfældige bevægelse af en enkelt enhed
Illustration af den foreslåede tilgang til at udlede størrelsen af et kollektiv af selvkørende Vicsek-partikler ud fra bevægelsen af en enkelt enhed. Vi udfører 1000 gentagelser, hvor vi registrerer overskriften på en partikel i kollektivet for forskellige værdier af sidelængden L af det kvadratiske domæne, hastighed s, antal partikler N og støj η. en Skematisk af et numerisk eksperiment for N = 20, hvor vi viser et tidssnapshot af systemet (den fokale partikel er rød, og dens interaktionscirkel er skraveret). Indsatsen afbilder en prøvebane af den fokale partikel, der udvikler sig fra snapshottet i 150 tidstrin. b Varians Yk af den fokale partikels overskrift som funktion af tiden k for to systemstørrelser, når η = 0,1, s = 3 og L = 4, med de stiplede sorte linjer, der markerer lineær tilpasning. En fordobling af størrelsen halverer diffusionskoefficienten (N = 50: D = 1,67 × 10 −5 , og N = 100: D = 8,41 × 10 −6 ). c Fordeling af diffusionskoefficienten, som den ville blive estimeret ud fra observationer af forskellige fokale partikler i kollektivet. Kredit:Kommunikationsfysik (2022). DOI:10.1038/s42005-022-00864-9
Kollektiv dynamik er allestedsnærværende i den naturlige verden. Fra neurale kredsløb til dyregrupper er der utallige tilfælde, hvor interaktionerne mellem et stort antal elementære enheder giver kollektivet overraskende komplekse mønstre af fristende skønhed. Et af de mangeårige mål for forskere inden for mange felter er at forstå adfærd hos en stor gruppe af individuelle enheder ved at overvåge en enkelt enheds handlinger. For eksempel kan en ornitolog lære mange ting om en floks adfærd ved kun at overvåge en enkelt fugl.
Af større vanskeligheder er det at forstå størrelsen af en samling af enheder ved at observere en enkelt enhed. Uanset hvor mange fugle man mærker med overvågningsudstyr, kan man aldrig være sikker på at have mærket hele flokken. Men selvom evnen til at beregne størrelsen af et kollektiv ud fra individuel adfærd ville være et nøgleværktøj for ethvert felt, er der kun en håndfuld nyere artikler, der forsøger at tackle det tilsyneladende uløselige problem.
I en nyligt offentliggjort undersøgelse, der vises i Communications Physics , efterforskere ledet af Maurizio Porfiri, institutprofessor i maskin- og rumfartsteknik og biomedicinsk teknik, og medlem af Center for Urban Science and Progress (CUSP) ved NYU Tandon School of Engineering; og Pietro De Lellis fra University of Napoli, Italien, tilbyder et paradigme til at løse dette problem, et paradigme, der bygger på forskrifter, der kan spores tilbage til Einsteins arbejde.
Ved at observere et system af selvkørende Vicsek-partikler - en matematisk konceptualisering af bevægelse og sværmning af partikler - som en universel model for kollektiv dynamik, viser de, at væksthastigheden af den gennemsnitlige kvadratiske overskrift af enhver partikel er tilstrækkelig til at forudsige antal partikler i systemet under bestemte parametre, såsom en kendt og konstant temperatur.
Overordnet set giver undersøgelsen en streng, matematisk understøttet metode til at udlede størrelsen af et realistisk kollektiv ud fra målinger af nogle af dets enheder, hvis tilfældige bevægelse indeholder fodsporene fra hele systemet. Metodens teoretiske fundament giver yderligere bevis for de analogier, Einstein har identificeret mellem tværfaglig forskning i dyregruppers kollektive adfærd og moderne fysik. Fremtidigt arbejde i denne retning kan studere virkelige kollektiver, fra insektsværme til fugleflokke, fiskeskoler og menneskemængder. + Udforsk yderligere
Et gennembrud i estimering af størrelsen af et (for det meste skjult) netværk
Varme artikler
-
Hvordan kvantefelter kunne bruges til at bryde lavtemperaturrekorderJoão Sabino i laboratoriet. Kredit:Vienna University of Technology Ved første øjekast, varme og kulde har ikke meget med kvantefysik at gøre. Et enkelt atom er hverken varmt eller koldt. Temperatu -
Økologiske tyndfilmssensorer til lyskildeanalyse og anti-forfalskning applikationerDen aktive film til det nye sensorkoncept er kun så tyk som et menneskehår, her behandlet på tynde glassubstrater og udviser en bølgelængdeafhængig luminescens. Kredit:Anton Kirch I en nylig publik -
Hvad Googles kvanteherredømme betyder for fremtidens computereKredit:CC0 Public Domain For første gang nogensinde, en kvantecomputer har udført en beregningsopgave, som i det væsentlige ville være umulig for en konventionel computer at udføre, ifølge et team -
En kvalitativ model til beskrivelse af mikroskopiske spring ved tape, der rulles af fra en rulleMicro-stick-slip dynamik af den lokale langsgående position af skrælfronten under et forsøg ved V =1,8 m/s, L =50 cm og θ =90 o , med hvileperioder T mss forudgående lapper i størrelse A mss , s
- Sådan beregnes center of mass
- Første visning af brint ved metal-til-metalhydrid-grænsefladen
- Plantebaserede magnetiske nanopartikler med svampedræbende egenskaber
- Tornado gyder østlige amerikanske storme undersøgt af GPM-satellit
- Global stigning på 2 grader C fordobler befolkning udsat for flere klimarisici sammenlignet med 1,5…
- Hvordan kunstig intelligens vil påvirke selvstændig virksomhed