Kıvrımlı solucan düğümlerinin ardındaki matematiği çözmek
Binlerce yıldır insanlar, ip bağlamak, saç örmek veya kumaş dokumak gibi her türlü nedenden dolayı düğüm kullandılar. Ancak düğüm atmada daha iyi ve düğümleri çözmede çok daha üstün ve daha hızlı olan organizmalar var.
Minik Kaliforniya kara solucanları, çok çeşitli biyolojik işlevleri yerine getirmelerine izin veren top şeklindeki damlalar oluşturmak için kendilerini karmaşık bir şekilde birbirine dolaştırır. Ancak hepsinden daha çarpıcı olanı, solucanlar birkaç dakikalık bir süre içinde birbirine dolanırken, bir yırtıcıdan gelen tehdidin ilk işaretinde kaçarak yalnızca milisaniyeler içinde çözülebilirler.
Saad Bhamla, kara solucanların dolaştırma ve çözme hareketlerini tam olarak nasıl gerçekleştirdiklerini anlamak istedi. Araştırmak için, Bhamla ve bir araştırma ekibi Gürcistan Tech MIT’deki matematikçilerle bağlantı kurdu. Araştırmaları, yayınlanan Bilim, hızlı ve tersine çevrilebilir şekillerde kendi kendine birleşen ve hareket eden fiber benzeri, şekil değiştiren robotların tasarımını etkileyebilir. Çalışma ayrıca, disiplinler arası işbirliğinin farklı alanlardaki en kafa karıştırıcı soruların bazılarına nasıl cevap verebileceğini de vurgulamaktadır.
Ultra hızlı hareket ve kolektif davranış biliminden etkilenen Bhamla ve Harry Tuazon, yıllarca Kaliforniya kara solucanlarını incelediler ve toplu hareketi lekeler oluşturmak ve sonra dağılmak için nasıl kullandıklarını gözlemlediler.
Çalışmanın ortak yazarlarından biri olan Tuazon, solucanların toplu dağılım mekanizmasının makro videoları ve hareketlerini yakalayan bir, iki, üç ve birkaç solucanın mikroskobik videoları da dahil olmak üzere solucanlarla yaptığı deneylerin videolarını topladı.
Bhamla ve Tuazon, MIT’den matematikçiler Jörn Dunkel ve Stanford Üniversitesi’nden Vishal Patil ile bir işbirliği konusunda görüştüler. Tuazon’un videolarını gördükten sonra, düğümler ve topoloji konusunda uzmanlaşmış iki teorisyen katılmak için can attı.
Bhamla ve Tuazon, daha fazla veri toplayabilmeleri için solucan damlasının içine bakmalarına izin verecek bir görüntüleme tekniği bulmaya koyuldu. Pek çok deneme yanılma sonrasında beklenmedik bir çözüme ulaştılar: ultrason. Canlı bir solucan damlasını toksik olmayan jöle içine yerleştirerek ve ticari bir ultrason makinesi kullanarak, sonunda karmaşık solucan düğümlerinin içini gözlemleyebildiler.
Ultrason videolarını analiz ettikten sonra, Tuazon ve Bhamla’nın laboratuvarındaki diğer araştırmacılar, solucanların hareketlerini elleriyle titizlikle izlediler ve Patil ve Dunkel’in hareketlerin ardındaki matematiği anlamak için kullanmaları için 46.000’den fazla veri noktası çizdiler.
Program direktörü Eva Kanso, “Aktif filamentler, DNA zincirlerinden tüm organizmalara kadar biyolojik yapılarda her yerde bulunduğundan, bu gözlemlerin sonuçları geniş kapsamlıdır” dedi. ABD Ulusal Bilim Vakfı‘S Araştırmayı destekleyen Mühendislik Müdürlüğü.
“Bu lifler sayısız işleve hizmet ediyor ve talep üzerine özellikleri değiştiren çok işlevli yapılar ve malzemeler tasarlamak için genel bir motif sağlayabilir. Tıpkı solucan damlalarının dikkat çekici birleştirme ve çözme becerileri sergilemesi gibi, gelecekteki biyo-ilhamlı malzemeler de geleneksel yapıların sınırlarını kullanarak geleneksel yapıların sınırlarına meydan okuyabilir. mekanik, geometri ve aktivite arasındaki etkileşim.”