كيف يمكن أن تساعدنا عقدة الديدان في فهم علم التشابك

فريق من علماء الرياضيات والمهندسين كشف الغموض المتلألئ للديدان السوداء ؛ على وجه التحديد ، يحاول الباحثون فهم كيف أن الديدان قادرة على الفصل بشكل أسرع مما تتشابك (عن قصد).

الديدان السوداء في كاليفورنيا (Lumbriculus variegatus) يجتمعون لأداء مهام مجتمعية معينة. دبليوعندما يدركون وجود تهديد أو يسعون إلى تنظيم درجة حرارتهم أو رطوبتهم ، إنهم قادرون على الانتشار في غضون أجزاء من الألف من الثانية.

تتشكل عقدة الديدان ذاتية التنظيم في مجموعات صغيرة مثل 5 ديدان وكبيرة تصل إلى 50000 فرد متلوى. كان بحث الفريق حول حركات الديدان نشرت اليوم في العلوم.

قال سعد بهاملا ، المهندس في Georgia Tech والمؤلف المشارك للورقة البحثية ، في معهد: “إن تغيير الشكل النشط للمادة الطوبولوجية هو حاليًا مادة خيال علمي”. يطلق. “تخيل مادة ناعمة غير منسوجة مصنوعة من ملايين الخيوط الشبيهة بالخيوط التي يمكن أن تتشابك وتفك التشابك عند الطلب ، وتشكل ضمادة لاصقة ذكية تتشكل عندما يلتئم الجرح ، أو مادة ترشيح ذكية تعمل على تغيير طبولوجيا المسام لالتقاط جزيئات بأحجام مختلفة أو الخصائص الكيميائية. “

وأضاف بهاملا “الاحتمالات لا حصر لها”.

لفك شفرة القدرة الرائعة للديدان على التجمع والتفكيك ، استخدم الباحثون التصوير بالموجات فوق الصوتية لإنتاج إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لحركات الديدان. قاموا بدمج عملية إعادة البناء هذه مع التحليل النظري لإنتاج نموذج للحركات الميكانيكية للديدان.

بشكل ملحوظ ، وجد الباحثون أن معظم الديدان كانت على اتصال بديدان أخرى ، وعندما قام أي فرد بعمل ما ، فإن الديدان المحيطة تتصرف بدورها ، في أجزاء من الثانية. بأخذ إشارات من إخوانهم ، عملت الديدان كوحدة واحدة للتشابك وحتى لفك التشابك بسرعة أكبر.

“تتنبأ نتائجهم بمساحة كبيرة من استراتيجيات التشابك وفك التشابك “، كما كتب إيليني باناجيو ، عالمة الرياضيات المتخصصة في نظرية العقدة في جامعة ولاية أريزونا ، في تقرير مصاحب. توقعات – وجهات نظر شرط. “يتنبأون أيضًا بوجود طبولوجيا متشابكة مستقرة لا يمكن الوصول إليها بواسطة التشابك الدودي ، مما يشير إلى مساحة من الاحتمالات غير المستكشفة.”

وأضاف باناجيو: “تثير عمومية النموذج مسألة ما إذا كان يمكن تطبيقه على أنظمة بمقاييس طول وزمن مختلفة”. “إذا كان الأمر كذلك ، فقد يؤدي هذا النهج إلى ظهور مواد جديدة تغير خصائصها الميكانيكية بشكل ملحوظ عندما يتم تعديل طوبولوجيتها.”

الطبيعة الأم لديها الكثير من الدروس للتقنيين. الروبوتات مصممة ل تقليد قدرة إمساك الطيور، و الديدان الروبوتية موجودة بالفعل وتستخدم للأغراض الطبية الحيوية. البحث الأخير يمكن أن يخبر الروبوتات الأخرى الشبيهة بالديدان كذلك روبوتات ممسكة بمخالب ، تم الكشف عن إحداها في جامعة هارفارد العام الماضي.

قد توفر هذه الديدان السوداء ذاتية التنظيم العمود الفقري للتقنيات الخيطية المستقبلية.

المزيد: صمم باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا هذه الدودة الروبوتية لحفر الأدمغة البشرية