Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X

Naukowy styl życia

Nauka i biznes

Strona główna Informacje

W poszukiwaniu uniwersalnych praw dyfuzji z resetowaniem

Sposób, w jaki zwierzęta penetrują okolicę szukając pożywienia, wykazuje podobieństwa do ruchów drobin cieczy w kapilarach roślin czy cząsteczek gazu w pobliżu absorbującej je ściany. Zjawiska te to przykłady dyfuzji anomalnej z resetowaniem, których właściwości opisali ostatnio badacze z międzynarodowego zespołu z udziałem Polki.

W najnowszym artykule, opublikowanym na łamach czasopisma „Physical Review E”,  międzynarodowy zespół naukowców z udziałem dr hab. Katarzyny Górskiej z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie opisał zachowanie układów, w których dochodzi do dyfuzji anomalnej z resetowaniem. O badaniach poinformowali przedstawiciele IFJ PAN w przesłanym PAP komunikacie.

Dyfuzja jest zjawiskiem powszechnym. Jej mianem określamy chaotyczny ruch drobin kurzu w powietrzu czy propagowanie się cząsteczek jednego płynu w drugim, na przykład atramentu w wodzie. Stochastyczne ruchy drobiny są wynikiem jej nieustających zderzeń z wieloma mniejszymi obiektami z jej otoczenia, takimi jak atomy czy cząsteczki. Gdy ruchy drobin są całkowicie przypadkowe, mówimy o ruchach Browna lub o dyfuzji normalnej. Jeśli jednak przypadkowość ruchów jest zaburzona (na przykład drobina co pewien czas przemieszcza się na dłuższym dystansie bez zakłóceń), mamy do czynienia z dyfuzją anomalną.

„Za groźnie brzmiącą 'dyfuzją anomalną z resetowaniem' kryją się zjawiska dobrze znane każdemu z nas” - zapewnia cytowana w komunikacie dr Górska i podaje przykład: „Gdy głodne zwierzę za pierwszym razem wychodzi ze swojej kryjówki i penetruje okolicę, porusza się po otoczeniu dość przypadkowo i zwykle nie odnosi sukcesu, wraca więc do kryjówki. W kolejnym dniu podejmuje kolejną próbę, działa podobnie, tyle że tym razem dysponuje już wiedzą zebraną we wcześniejszej próbie. Mamy więc do czynienia z jednej strony z dyfuzją, polegającą na mniej lub bardziej przypadkowych ruchach w otoczeniu, a z drugiej – z resetowaniem, czyli z powracaniem bohatera do punktu wyjścia”.

Jako przykłady procesów o charakterze dyfuzji anomalnej z resetowaniem można wymienić ruchy cząstek gazów i płynów absorbowanych przez ścianki naczynia czy wędrówki autonomicznych robotów czyszczących podłogi, kończące się powrotem do ładowarki.

Zjawiska tego typu modeluje się za pomocą równań różniczkowo-całkowych, na ogół zakładając, że proces resetowania, czyli powrót śledzonej drobiny bądź urządzenia do punktu wyjścia, odbywa się natychmiast (a zatem nie jest opisany żadną ciągłą funkcją). W rzeczywistym świecie powrót jednak zawsze zajmuje nieco czasu. Założenie jest więc niefizyczne, niemniej znacząco upraszcza rachunki.

Niezły odpowiednik dyfuzji anomalnej z praktycznie natychmiastowym resetowaniem możemy znaleźć w... wywiadzie wojskowym. Zwiadowca opuszcza bazę i udaje się ku wskazanemu celowi. Przez odsłonięte tereny przemieszcza się szybciej, za to gdy czuje się bezpieczniej, penetruje teren w swojej najbliższej okolicy i choć jego ruchy są dość przypadkowe, w dostatecznie długim przedziale czasu porusza się w ustalonym kierunku.

„Użyty przez nas mechanizm resetowania polega na tym, że każdy zwiadowca w końcu ginie, a baza natychmiast wypuszcza kolejnego. Co ważne, cały układ ma pewną pamięć, czyli zwiadowca pamięta wszystkie dotychczasowe kroki” - tak dr Górska tłumaczy istotę zastosowanego w artykule procesu resetowania.

Modele teoretyczne opisujące dyfuzję anomalną z resetowaniem zawierają część odpowiadającą za symulowanie stochastycznych ruchów w trakcie przemieszczania się cząstki oraz część realizującą protokół resetowania.

Protokół ten opisuje żywotność cząstki i sposób jej powrotu do punktu wyjściowego. Trzyosobowy zespół naukowców (w którym oprócz dr Górskiej znajdowali się dr R. K. Singh z Bar-Ilan University w Izraelu i dr Trifce Sandev z Macedonian Academy of Sciences and Arts), analizował długoterminowe skutki subtelnej gry między zaburzeniami procesu odpowiedzialnego za ruchy cząstek a zaburzeniami mechanizmu resetowania.

Badaczom udało się zaobserwować ciekawą zależność. Okazuje się, że układy z dyfuzją anomalną z resetowaniem mogą osiągnąć stan równowagi tylko wtedy, gdy występujące w nich fluktuacje w dostatecznie długim przedziale czasowym pozostaną niezmienne.

„Wspomniany warunek można spełnić dwojako: albo poprzez redukcję stochastycznych ruchów cząstek, co jednak prowadzi do zwiększenia fluktuacji protokołu resetowania, albo odwrotnie, redukując fluktuacje protokołu resetowania, co z kolei zwiększy przypadkowość ruchów cząstek. Mamy tu więc subtelną grę między fluktuacjami w dwóch procesach” - mówi dr Górska.

Statystyczne zależności, przedstawione w prezentowanej publikacji, już teraz można próbować użyć do optymalizowania przebiegu procesów dyfuzyjnych w zastosowaniach przemysłowych bądź biologicznych oraz do udoskonalania strategii poszukiwań, na przykład przez domowe autonomiczne roboty sprzątające.

W przyszłych modelach badacze (po stronie polskiej finansowani ze środków Narodowego Centrum Nauki), zamierzają się skoncentrować m.in. na analizie wpływu dróg powrotnych dyfundujących cząstek, a więc na uwzględnieniu fizycznego charakteru procesu resetowania.

“Ludzkość poznaje świat od swoich najwcześniejszych chwil. Mimo tysiącleci chaotycznej eksploracji i stuleci coraz bardziej systematycznych badań, ubarwianych kolejnymi rewolucjami naukowymi, nadal nie w pełni zdajemy sobie sprawę z niuansów ogólnych praw opisujących nawet dość rozpowszechnione w przyrodzie zjawiska” - podsumowują przedstawiciele IFJ PAN.


Źródło: pap.pl


Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje




Informacje dnia: Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo" Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo" Ograniczenie soli w diecie może być groźne Nie mam jeszcze wniosków na temat pochodzenia Covid-19 Najdokładniejsze systemy satelitarnego transferu czasu Ponad połowa chorych z SARS-CoV2 cierpi na długi covid Zintegrować informacje o logistyce Wystawa "Nie to niebo"

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Job24 Obywatele Nauki NeuroSkoki Portal MaterialyInzynierskie.pl Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA Mlodym Okiem Polski Instytut Rozwoju Biznesu Analityka Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Bioszkolenia Geodezja Instytut Lotnictwa EuroLab

Szanowny Czytelniku!

 
25 maja 2018 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2016/679 z dnia 27 kwietnia 2016 r (RODO). Potrzebujemy Twojej zgody na przetwarzanie Twoich danych osobowych przechowywanych w plikach cookies. Poniżej znajdziesz pełny zakres informacji na ten temat.
 
Zgadzam się na przechowywanie na urządzeniu, z którego korzystam tzw. plików cookies oraz na przetwarzanie moich danych osobowych pozostawianych w czasie korzystania przeze mnie ze strony internetowej Laboratoria.net w celach marketingowych, w tym na profilowanie i w celach analitycznych.

Kto będzie administratorem Twoich danych?

Administratorami Twoich danych będziemy my: Portal Laboratoria.net z siedzibą w Krakowie (Grupa INTS ul. Czerwone Maki 55/25 30-392 Kraków).

O jakich danych mówimy?

Chodzi o dane osobowe, które są zbierane w ramach korzystania przez Ciebie z naszych usług w tym zapisywanych w plikach cookies.

Dlaczego chcemy przetwarzać Twoje dane?

Przetwarzamy te dane w celach opisanych w polityce prywatności, między innymi aby:

Komu możemy przekazać dane?

Zgodnie z obowiązującym prawem Twoje dane możemy przekazywać podmiotom przetwarzającym je na nasze zlecenie, np. agencjom marketingowym, podwykonawcom naszych usług oraz podmiotom uprawnionym do uzyskania danych na podstawie obowiązującego prawa np. sądom lub organom ścigania – oczywiście tylko gdy wystąpią z żądaniem w oparciu o stosowną podstawę prawną.

Jakie masz prawa w stosunku do Twoich danych?

Masz między innymi prawo do żądania dostępu do danych, sprostowania, usunięcia lub ograniczenia ich przetwarzania. Możesz także wycofać zgodę na przetwarzanie danych osobowych, zgłosić sprzeciw oraz skorzystać z innych praw.

Jakie są podstawy prawne przetwarzania Twoich danych?

Każde przetwarzanie Twoich danych musi być oparte na właściwej, zgodnej z obowiązującymi przepisami, podstawie prawnej. Podstawą prawną przetwarzania Twoich danych w celu świadczenia usług, w tym dopasowywania ich do Twoich zainteresowań, analizowania ich i udoskonalania oraz zapewniania ich bezpieczeństwa jest niezbędność do wykonania umów o ich świadczenie (tymi umowami są zazwyczaj regulaminy lub podobne dokumenty dostępne w usługach, z których korzystasz). Taką podstawą prawną dla pomiarów statystycznych i marketingu własnego administratorów jest tzw. uzasadniony interes administratora. Przetwarzanie Twoich danych w celach marketingowych podmiotów trzecich będzie odbywać się na podstawie Twojej dobrowolnej zgody.

Dlatego też proszę zaznacz przycisk "zgadzam się" jeżeli zgadzasz się na przetwarzanie Twoich danych osobowych zbieranych w ramach korzystania przez ze mnie z portalu *Laboratoria.net, udostępnianych zarówno w wersji "desktop", jak i "mobile", w tym także zbieranych w tzw. plikach cookies. Wyrażenie zgody jest dobrowolne i możesz ją w dowolnym momencie wycofać.
 
Więcej w naszej POLITYCE PRYWATNOŚCI
 

Newsletter

Zawsze aktualne informacje