¿Cómo figura la rana arborícola japonesa en el último trabajo del notable matemático Steven Strogatz? Resulta bastante prominente.
"Habíamos leído sobre estas ranas divertidas que saltan y graznan", dijo Strogatz, el Profesor Jacob Gould Schurman de Matemática Aplicada. "Forman patrones en el espacio y el tiempo. Por lo general, se trata de la reproducción. Y de cómo el otro chicoo los chicos están croando, no quieren estar cerca de otro que esté croando al mismo tiempo que ellos, porque se atascarán unos a otros "
Strogatz y Kevin O'Keeffe, Ph.D. '17, usaron el curioso ritual de apareamiento de las ranas arbóreas japonesas macho como inspiración para su exploración de "enjambres", su término para sistemas en los que la sincronización y el enjambre ocurren juntos.
Específicamente, consideraron osciladores cuya dinámica de fase y dinámica espacial están acopladas. En el caso de las ranas arbóreas macho, intentan croar en anti-fase exacta una croa mientras la otra está en silencio mientras se alejan de un rival así quecomo para ser escuchado por las mujeres.
Esto abre "una nueva clase de problemas matemáticos", dijo Strogatz, becario presidencial de Stephen H. Weiss. "La pregunta es, ¿qué esperamos ver cuando las personas comienzan a construir sistemas como este u observarlos en biología?"
Su artículo, "Oscillators That Sync and Swarm", se publicó el 13 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza . Strogatz y O'Keeffe, ahora investigador postdoctoral en el Senseable City Lab del Instituto de Tecnología de Massachusetts, colaboraron con Hyunsuk Hong de la Universidad Nacional Chonbuk en Jeonju, Corea del Sur.
El enjambre y la sincronización involucran grandes grupos de individuos autoorganizados que interactúan de acuerdo con reglas simples, pero rara vez se han estudiado juntos, dijo O'Keeffe.
"Nadie había conectado estas dos áreas, a pesar de que existían todos estos paralelos", dijo. "Esa fue la idea teórica que nos sedujo, supongo. Y también hubo un par deejemplos, que nos gustaron, incluidas las ranas arbóreas ".
Los estudios de enjambres se centran en cómo se mueven los animales, piense en las aves que acuden o en la escuela de peces, mientras descuidan la dinámica de sus estados internos. Los estudios de sincronización hacen lo contrario: se centran en la dinámica interna de los osciladores. Strogatz siempre ha estado fascinadopor la sincronía de las luciérnagas y otros fenómenos similares, dando una charla TED sobre el tema en 2004, pero no sobre su movimiento.
"[Enjambre y sincronización] son muy similares y, sin embargo, nunca estuvieron conectados entre sí, y parece tan obvio", dijo O'Keeffe. "Es un panorama completamente nuevo de posibles comportamientos que no se habían explorado antes".
Utilizando un par de ecuaciones de gobierno que suponen que los swarmalators son libres de moverse, junto con simulaciones numéricas, el grupo descubrió que un sistema swarmalator se instala en uno de los cinco estados :
A través del estudio de modelos simples, el grupo descubrió que el acoplamiento de "sincronización" y "enjambre" conduce a patrones ricos tanto en tiempo como en espacio, y podría conducir a un mayor estudio de los sistemas que exhiben este doble comportamiento.
"Esto abre muchas preguntas para muchas partes de la ciencia: hay muchas cosas para probar que la gente no había pensado en intentar", dijo Strogatz. "Es la ciencia la que abre las puertas a la ciencia. Está inaugurando la ciencia, en lugar de culminar la ciencia ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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