Бактерии собираются в кристаллы из-за собственного вращения
Сообщества бактерий образуют "живые кристаллы". Это явление обнаружила и исследовала группа биофизиков из Университета Рокфеллера. Работа была принята к публикации в журнале Physical Review Letters, кратко ознакомиться с ней можно на сайте Университета Рокфеллера.
Серобактерии
обитают в глубине болот. Это одни из самых быстрых бактерий – используя свои жгутики как мотор они способны за секунду переместиться на расстояние в 60 раз превосходящее длину собственного тела.
Необычные структуры, которые формируют хаотично двигающиеся бактерии, удалось зафиксировать при наблюдении за сообществом
в капле жидкости. Столкнувшись с преградой (покровным стеклом), микроорганизмы скапливались возле нее, образуя двумерную гексагональную решетку. Гексагональная решетка – это разбиение плоскости на правильные шестиугольники, математически доказано, что это самая плотная возможная упаковка в двумерном пространстве. Обходя и обгоняя друг друга, микроорганизмы постепенно просачивались сквозь преграду. Решетка при этом уменьшалась в размерах, но сохраняла свою структуру.
Биофизики построили математическую модель, которая описывала динамику популяции Thiovulum majus, а также предложили экологическое объяснение такого поведения: предполагается, что таким образом бактерии создают для себя оптимальные условия получения питательных веществ из окружающей среды.
Коллективная динамика живых существ давно привлекает внимание ученых. Первая компьютерная модель стаи птиц , написаная в 1986-ом году, основывалась на нескольких простых принципах. Животные должны: двигаться в том же направлении, что и соседи, оставаться близкими к соседям, избегать столкновений с соседями. Последующие модели используют вариации этих правил. Было сформулировано понятие «концентрических зон », находясь внутри одной зоны, животные стремятся дистанцироваться друг от друга, а вне ее, наоборот, сблизиться. В построении подобных моделей важно учитывать сенсорные возможности различных животных. Например, птицы не могут видеть, что происходит за спиной, а рыбы способны получать информацию как зрительно, так и через гидродинамические сигналы, поступающие с боков. Недавние исследования стай скворцов показали, что эти птицы корректируют свой полет исходя из поведения 6-7 соседних особей, при этом неважно, как далеко или близко они находятся. Это дало ученым основание использовать топологические методы при моделировании полета скворцов.
Он надежно обхватывает хрупкие предметы, не повреждая их
Инженеры из Японии и Вьетнама разработали мягкий манипулятор ROSE, способный бережно захватывать хрупкие предметы, не повреждая их. Он состоит из мягкой воронкообразной оболочки, напоминающей цветок розы, которая способна скручиваться, равномерно обхватывая предмет, оказавшийся внутри. Благодаря своей универсальности и прочности манипулятор может пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая. Доклад с описанием конструкции был представлен на конференции Robotics: Science and Systems, 2023. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Чтобы робот мог безопасно взаимодействовать с хрупкими объектами, его обычно оснащают манипуляторами, в конструкции которых присутствуют мягкие материалы. Нередко их устройство в той или иной степени имитирует анатомию человеческой руки. Например, пальцы трехпалого захвата EndoFlex с внутренней стороны покрыты мягким силиконом. Однако для управления манипуляторами такого типа обычно требуются несколько актуаторов и сложные алгоритмы позиционирования, которые позволяют подстраивать пространственное положение пальцев и руки в соответствии формой и положением захватываемого предмета. Кроме это, сила прикладывается к объекту неравномерно и только в точках соприкосновения с пальцами, поэтому ее может оказаться недостаточно для удержания. Манипулятор, разработанный инженерами под руководством Ван Ан Хо (Van Anh Ho) из Японского национального института передовых промышленных наук и технологи, имеет более простую конструкцию и для полноценной работы достаточно только одного актуатора. Принцип его работы напоминает раскрытие цветка розы, поэтому разработчики дали ему название ROSE. Рабочая часть манипулятора представляет собой прочную оболочку из силиконовой резины (первые повреждения на изогнутом краю появились только после 400 тысяч циклов срабатывания), которая образует двустенный стакан. Внешняя часть оболочки прикреплена нижней частью к круглому пластиковому основанию с отверстием в центре, а внутренняя воронкообразная поверхность к вращающемуся цилиндру, вставленному в центральное отверстие основания. При вращении внутренней оболочки относительно внешней происходит сжатие манипулятора. Если при этом во внутренней полости оказывается предмет, то он равномерно обхватывается с боков. Усилие и площадь обхвата можно регулировать с помощью угла закручивания оболочек относительно друг друга, а также нагнетанием давления воздуха в пространство между стенками стакана. Для изучения характеристик манипулятора его присоединили к роборуке UR5. Испытания показали, что захват может выдержать максимальную нагрузку около 328 Ньютон при собственной массе захвата 49 грамм, что дает значение соотношения грузоподъемности к весу примерно 6800 процентов от массы захвата вместе с ротором. Манипулятор может бережно и безопасно обхватывать хрупкие предметы различной формы и размеров не нанося им повреждений. В экспериментах использовались стальные шары, фрукты, клейкая лента, банка с кофе и куриное яйцо, которое захват легко вытащил из миски с оливковым маслом, что довольно трудно осуществить, так как из-за масла яйцо становится скользким. Кроме этого, ROSE может захватывать и сыпучие материалы, например, гравий и гальку. https://www.youtube.com/watch?v=E1wAI09LaoY Инженеры придумали способ, с помощью которого манипулятору можно добавить способность «чувствовать» захватываемый предмет. Для этого они разместили множество небольших меток с внутренней стороны оболочки. Их положение контролируется с помощью компьютерного зрения через три небольшие камеры, закрепленные на пластиковом основании манипулятора. По мнению разработчиков, ROSE мог бы пригодиться в сельском хозяйстве для сбора урожая и не только. В будущем они планируют продолжить работу над математической моделью деформации оболочки при скручивании. Иной тип мягкого манипулятора продемонстрировали инженеры из Австралии. Он способен ухватывать предметы, обвиваясь вокруг них как щупальце осьминога.