science >> Wetenschap >  >> Fysica

Muggenzwermen vertonen mechanische eigenschappen, gedragen als een visco-elastisch materiaal

Gemiddelde zwermreactie op een oscillerende zwermmarkering. (A) Trajecten (> 40 s lang) van individuele muggen (elke kleur komt overeen met een andere mug) zijn individueel ingewikkeld maar blijven gelokaliseerd boven de zwermmarkering op de grond (zwart vierkant). (B) Schets van onze experimentele opstelling. Zwermen vormen zich in een plexiglazen kubus van 122 cm aan een kant en worden afgebeeld met behulp van drie camera's die buiten de behuizing zijn gemonteerd. De zwermmarkering (in donkergrijs) is gemonteerd op een lineair platform (in rood) dat kan worden geoscilleerd over een reeks gecontroleerde frequenties en amplitudes in de richting die wordt aangegeven door de witte pijlen, die we labelen als de x-richting. z neemt verticaal toe vanaf de zwermmarkering (antiparallel aan de zwaartekracht), met de markering zelf op z =0. Midge-ontwikkelingstanks (lichtblauw) en vier arrays van infrarood lichtgevende dioden (geel; extra arrays bovenop de behuizing worden niet getoond) worden ook getoond. (C) Fasegemiddelde positie van het midden van de zwermmarkering X m en het massamiddelpunt van de zwerm X S . Het massamiddelpunt van de zwerm volgt de sinusoïdale beweging van de marker, hoewel met een verminderde amplitude en een fasevertraging. (D) De amplitude van de zwerm-zwaartepuntbeweging AS als functie van de amplitude van de markeringsbeweging A m voor twee verschillende oscillatiefrequenties, toont een lineair verband tussen beide. Het gearceerde gebied toont de SEM.

Een team van onderzoekers van Stanford University en Rothamsted Research, heeft ontdekt dat muggenzwermen sommige soorten mechanische eigenschappen hebben en soms ook als visco-elastisch op een stimulus reageren. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , de groep beschrijft hun onderzoek naar zwermgedrag bij een soort muggen en wat ze vonden.

Midges zijn een onofficiële classificatie van tweevleugelige vlieg. Er zijn veel soorten, waarvan de meeste worden geassocieerd met zwermen die in de buurt van water of moerassige gebieden leven. In deze nieuwe poging de onderzoekers wilden meer weten over de fysieke eigenschappen van zwermgedrag vanuit het perspectief van een hele zwerm, in plaats van de individuen erin. Daartoe, ze kregen een massa mannen Chironomus riparius , waarvan bekend is dat ze over een bepaald object, zoals een boomstronk, zwermen als onderdeel van hun paringsritueel - de zwerm stelt de vrouwtjes in staat ze op afstand te vinden. In hun laboratorium, de onderzoekers plaatsten een vierkant van zwart vilt op de bodem van een tank voor de muggen om te gebruiken als hun oriënterende object. Toen het stuk vilt werd verplaatst, de zwerm reageerde erop. Om de zwermreacties erop te testen, het vilten vierkant was bevestigd aan een klein oscillerend apparaat.

De onderzoekers melden dat ze zich specifiek richtten op hoe de zwerm als een hele eenheid reageerde op het bewegende object onder hen. Ze melden dat het zich gelaagd gedroeg, waarbij degenen die zich het dichtst bij het bewegende object bevinden sneller reageren dan die in verder verwijderde lagen. De onderzoekers suggereren dat dit waarschijnlijk te wijten was aan vertragingen in de verspreiding van berichten tussen individuen. Ze observeerden ook mechanische eigenschappen - en soms gedroeg de zwerm zich elastisch, terwijl het zich op andere momenten meer gedroeg als een stroperige vloeistof - die, in natuurkundige termen, betekende dat het zich gedroeg als een visco-elastisch materiaal. Ze ontdekten ook dat soms de viscositeitseigenschappen werden overwonnen door de elastische eigenschappen, wat leidde tot een waargenomen dempend effect van de algehele beweging van de zwerm. De onderzoekers suggereren dat dit de zwerm stabieler maakte, waardoor het voor de vrouwtjes gemakkelijker wordt om het te vinden. Ze suggereren ook dat hun bevindingen enige relevantie kunnen hebben voor zwermende robotica-inspanningen.

Gereconstrueerde posities van individuele muggen (zwarte stippen) in een zwerm gezien vanaf de zijkant. Een zwermmarkering (rode lijn), dat is een zwarte vierkante plaat, oscilleert heen en weer onder de zwerm, wat resulteert in een lopende golf die omhoog reist door de zwerm weg van de marker. Credit:Kasper van der Vaart

© 2019 Wetenschap X Netwerk