Ein Team aus Mathematikern und Ingenieuren ist das zappelige Geheimnis der schwarzen Würmer lüften; Insbesondere versuchen die Forscher zu verstehen, wie sich die Würmer noch schneller entwirren können, als sie sich (absichtlich) verflechten.
Kalifornische Schwarzwürmer (Lumbriculus variegatus) kommen zusammen, um bestimmte gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. WWenn sie eine Bedrohung wahrnehmen oder versuchen, ihre Temperatur oder Feuchtigkeit zu regulieren, sie können sich innerhalb von Millisekunden verbreiten.
Diese selbstorganisierenden Wurmknoten bilden sich in Gruppen von nur 5 Würmern und bis zu 50.000 sich windenden Individuen. Die Forschung des Teams zu den Bewegungen der Würmer war veröffentlicht heute in der Wissenschaft.
„Die aktive Gestaltwandlung topologischer Materie ist derzeit Stoff für Science-Fiction“, sagte Saad Bhamla, Ingenieur an der Georgia Tech und Mitautor der Abhandlung, in einem Institut freigeben. „Stellen Sie sich ein weiches, nicht gewebtes Material aus Millionen fadenartiger Filamente vor, die sich auf Befehl verwirren und entwirren können und einen intelligenten Haftverband bilden, der sich während der Heilung einer Wunde formt, oder ein intelligentes Filtermaterial, das die Porentopologie verändert, um Partikel unterschiedlicher Größe einzufangen oder chemische Eigenschaften.“
„Die Möglichkeiten sind endlos“, fügte Bhamla hinzu.
Um die bemerkenswerte Fähigkeit der Würmer zu entschlüsseln, sich zusammenzuschließen und wieder zu zerlegen, verwendeten die Forscher Ultraschallbildgebung, um eine 3D-Rekonstruktion der Bewegungen der Würmer zu erstellen. Sie kombinierten diese Rekonstruktion mit einer theoretischen Analyse, um ein Modell der mechanischen Bewegungen der Würmer zu erstellen.
Bemerkenswerterweise fanden die Forscher heraus, dass die meisten Würmer in Kontakt mit anderen Würmern standen, und wenn ein Individuum eine Aktion unternahm, reagierten die umliegenden Würmer in Sekundenbruchteilen. Die Würmer, die sich von ihren Brüdern inspirieren ließen, fungierten als eine Einheit, um sich zu verheddern und noch schneller zu entwirren.
„Ihre Ergebnisse sagen einen großen Raum für Verwirrungs- und Entwirrungsstrategien voraus“, schrieb Eleni Panagiotou, eine auf Knotentheorie spezialisierte Mathematikerin an der Arizona State University, in einem begleitenden Artikel Perspektiven Artikel. „Sie sagen auch voraus, dass es stabile Tangle-Topologien gibt, auf die die Wurm-Tangles nicht zugreifen, was auf einen Raum unerforschter Möglichkeiten hinweist.“
„Die Allgemeingültigkeit des Modells wirft die Frage auf, ob es auf Systeme mit unterschiedlichen Längen und Zeitskalen angewendet werden kann“, fügte Panagiotou hinzu. „Wenn ja, könnte der Ansatz zu neuen Materialien führen, die ihre mechanischen Eigenschaften deutlich ändern, wenn ihre Topologie moduliert wird.“
Mutter Natur hält viele Lektionen für Technologen bereit. Roboter sind darauf ausgelegt ahmen die Greiffähigkeit von Vögeln nachUnd Roboterwürmer existieren bereits und werden für biomedizinische Zwecke eingesetzt. Die jüngste Forschung könnte auch andere wurmähnliche Roboter informieren Greifroboter mit Tentakeln, von denen einer letztes Jahr an der Harvard University vorgestellt wurde.
Diese selbstorganisierenden schwarzen Würmer könnten das Rückgrat für zukünftige filamentöse Technologien bilden.
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