Orde en wanorde lijken misschien dichotome voorwaarden van een functionerend systeem, toch kunnen beide staten, in feite, gelijktijdig en duurzaam bestaan ​​binnen een systeem van oscillatoren, in wat een hersenschim wordt genoemd. Ontleent zijn naam aan een samengesteld schepsel in de Griekse mythologie, deze exotische staat heeft nog steeds veel mysterie, maar de fundamentele aard ervan biedt potentieel voor het begrijpen van de bestuursdynamiek op veel wetenschappelijke gebieden. Een onderzoeksteam van de Universiteit van New Mexico heeft dit inzicht onlangs verbeterd met werk dat deze week in het tijdschrift zal worden gepubliceerd Chaos .

"Een systeem van oscillatoren" klinkt misschien obscuur, maar het beschrijft eigenlijk op een zeer algemene maar fundamentele manier, allerlei fysieke systemen.

"Veel biologische systemen kunnen worden gezien als populaties van oscillatoren. De hartslag is gewoon oscillerende hartcellen waarop een golf zich voortplant. En neuronen in de hersenen zijn ook oscillatoren, en met deze methoden zijn behandeld, " zei Karen Blaha, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van New Mexico die aan het project werkt. "Maar experimenten doen op die systemen is echt, echt moeilijk. De cellen kunnen afsterven, en als je ze zo kunt manipuleren dat je de gegevens kunt meten, ze gedragen zich misschien niet zoals ze van nature doen."

Om deze reden, het team, onder leiding van Francesco Sorrentino, een professor werktuigbouwkunde aan de Universiteit van New Mexico, gebouwd op eerder werk dat is gedaan om hersenschimtoestanden te begrijpen met mechanische oscillatoren, in dit geval een verzameling metronomen, rustend op gekoppelde platforms.

"Het uiteindelijke doel is dat deze systemen zich beter gedragen dan de biologische systemen waarvan we hopen dat ze uiteindelijk een goede proxy kunnen zijn, ' zei Blaha.

Het team bouwde een systeem van drie gekoppelde platforms, elk ondersteunt maximaal 15 tikkende metronomen waarvan de bewegingen afzonderlijk werden gevolgd. Een chimere toestand in dit systeem bestond uit in-fase, of synchroon, beweging van een subset van de metronoom, en asynchrone beweging van de anderen. Door de kenmerken van het systeem te variëren, zoals de sterkte van de koppeling tussen de platforms of het aantal metronomen, ze konden afleiden welke factoren leidden tot meer perfecte chimera-toestanden.

Van bijzonder belang in dit experiment was het effect dat symmetrieën van het systeem hadden op het ontstaan ​​van chimera-toestanden. Sorrentino en zijn team keken naar, bijvoorbeeld, het effect van het hebben van dezelfde versus verschillende koppelingssterkten van de buitenste platforms naar het middelste platform.

"Het stelt een nieuw ingrediënt samen dat het geheel complexer maakt. Eigenlijk vragen we ons af hoe dit soort gemengd gedrag kan voorkomen in systemen met symmetrieën. En ons werk is experimenteel, dus we zien deze hersenschimtoestand in systemen met symmetrieën , ' zei Sorrentino.

Naast het ontwikkelen van een methode om deze belangrijke, ingewikkelde systemen, Sorrentino ziet de inspanning als een krachtig educatief hulpmiddel. De schaal van het tafelblad en de visuele aard van de metingen en effecten bieden studenten een directere betrokkenheid bij de onderzochte concepten.

"Het is een volledige ervaring voor de student [en] we hebben een breed auteurschap, "Sorrentino zei, aandacht voor de samenwerking tussen studenten, afgestudeerde studenten en senior onderzoekers. "Het is echt een teamprestatie."

Toekomstig werk van het diverse team zal andere symmetrieën onderzoeken, evenals verschillende factoren zoals de koppelingsmethode. Ze zijn ook van plan om methoden toe te voegen voor het besturen van het systeem en synchronisatie. "We werken in verschillende richtingen. Zeker, de symmetrieën zijn iets dat we in gedachten zullen houden en proberen te generaliseren naar meer complexe situaties, ' zei Sorrentino.