ये सही मधुमक्खियाँ हैं: गतिशील प्रभावों के लिए यांत्रिक अनुकूलन

कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क के विकास का उद्देश्य एक प्रकार का कृत्रिम मस्तिष्क बनाना है। सभी न्यूरॉन्स एक दूसरे से जुड़े होते हैं, एक दूसरे को संकेत संचारित करते हैं और एक दूसरे पर निर्भर होते हैं। जितने अधिक होंगे, नेटवर्क उतना ही जटिल और विकास होगा। आज हम कृत्रिम नेटवर्क पर नहीं बल्कि उन लोगों पर ध्यान देंगे जिनका हम प्रकृति में निरीक्षण कर सकते हैं, क्योंकि मानव प्रौद्योगिकी का अधिकांश हिस्सा वहाँ से उधार लिया जाता है। लेकिन मानव मस्तिष्क के साथ या एक कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क के साथ क्या तुलना की जा सकती है? जवाब गैर-मानक है - मधुमक्खियों का झुंड। अलग-अलग, मधुमक्खियां वैज्ञानिकों के लिए उतनी दिलचस्प नहीं हैं जितनी कि झुंड में। हम सभी जानते हैं कि हाइव के लाभ के लिए झुंड कितनी आसानी से और प्रभावी ढंग से काम करता है। प्रत्येक मधुमक्खी एक विशिष्ट कार्य करती है, दूसरों को परेशान नहीं करती है, लेकिन स्वयं को हाइव के सामान्य तंत्र के साथ पूरक करती है, जो बिना रुके काम करती है। आज हम एक असामान्य अध्ययन को समझेंगे, जिसमें यह समझाने की कोशिश की जाएगी कि मधुमक्खियों का झुंड बाहरी वातावरण के खतरों से कैसे जूझता है और ऐसे हालात में व्यक्ति कैसे बातचीत करते हैं। मधुमक्खी ने गरीबों के लिए क्या खतरा पैदा किया, उन्होंने इससे कैसे निपटा, और मनुष्य और विज्ञान के लिए इसका क्या अर्थ है? हम रिपोर्ट में जवाब तलाशेंगे। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

पहली नज़र में, ऐसा अध्ययन थोड़ा बेवकूफ लगता है, क्योंकि संक्षेप में यह सवाल का जवाब है "क्या होगा यदि आप हाइव में एक छड़ी प्रहार करते हैं?"। खैर, सबसे पहले, यह करने के लायक नहीं है, क्योंकि मधुमक्खियां बहुत ही छूने वाले जीव हैं (और चुभते हैं)। दूसरे, कोई भी जीवित प्राणी, किसी भी उपकरण की तरह, एक निश्चित एल्गोरिदम के अनुसार काम करता है। मधुमक्खियों के मामले में, यह एल्गोरिथ्म पूरे झुंड के लिए आम है। गणित, प्रोग्रामिंग और यहां तक ​​कि यांत्रिकी के दृष्टिकोण से, मधुमक्खियां बहुत दिलचस्प हैं। इसलिए, हम अपने संदेह को नहीं बढ़ाएंगे और जिज्ञासा को हावी नहीं होने देंगे।


बी मोशन में

अध्ययन के मुख्य पात्र एपिस मेलिफेरा मधुमक्खियों (या बस "यूरोपीय हनीबे") थे, जो पेड़ की शाखाओं से लटके हुए मधुमक्खियों का निर्माण करते हैं और ज्यादातर मधुमक्खियों से खुद को जोड़ते हैं। सच कहूं तो, निर्माण को मौसम परिवर्तन, प्राकृतिक दुश्मन, आदि को देखते हुए संदिग्ध है। हालांकि, ऐसे पित्ती लंबे समय तक बहुत सफलतापूर्वक जीवित रह सकते हैं। सवाल उठता है - कैसे? उत्तर सामूहिकता में निहित है। शोधकर्ता एक उदाहरण के रूप में चींटियों की कुछ प्रजातियों का हवाला देते हैं जो पानी की सतह के साथ चलने के लिए राफ्ट बनाते हैं। मधुमक्खियों, दीमक या चींटियों जैसे जीवित जीवों की प्रजातियां सुपरऑर्गेनिज्म हैं, यानी कई जीवों से युक्त जीव। यह लेगो भागों के लिए तुलनीय है: एक हिस्सा कुछ भी नहीं है, लेकिन उन्हें एक क्लस्टर में कनेक्ट करें और आपको 3803 भागों के लिए एक मौत सितारा मिलेगा।

हालांकि, ऐसी जैविक प्रणालियों में, सिद्धांत "अधिक बेहतर" काम नहीं करता है, क्योंकि प्रतिकूल परिस्थितियों में अतिवृद्धि से अराजकता हो सकती है और, परिणामस्वरूप, पूरे कॉलोनी की मृत्यु हो सकती है। हनी मधुमक्खियों ने पड़ोसी पेड़ की शाखाओं का शाब्दिक रूप से उपनिवेश करके अपनी कॉलोनी का विस्तार किया। मधुमक्खियों का एक समूह, जो एक रानी की अध्यक्षता में है, माता के छत्ते से एक नई जगह पर जाती है जहाँ वे एक उपग्रह छत्ता बनाते हैं, जिसकी संख्या 10,000 व्यक्तियों तक पहुँच सकती है। पुराने छत्ते में, एक नई रानी रानी दिखाई देती है। यह एक बार फिर हमें दिखाता है कि कई कामकाजी इकाइयों की प्रणाली के रूप में छत्ता कितना चिकना है।

चलो हमारे शहद ट्रांसफार्मर मधुमक्खियों पर वापस जाएं। वैज्ञानिकों का कहना है कि पुनर्वास के दौरान वे इस तरह के असामान्य पित्ती कैसे बनाते हैं, इस बारे में बहुत कुछ पता है, लेकिन गतिशील प्रभावों के संबंध में ऐसी "इमारतों" की स्थिरता के बारे में बहुत कम जानकारी है।


चित्र संख्या 1

चित्र 1a झुंड (एक नई कॉलोनी बनाने) के दौरान मधुमक्खी क्लस्टर (झुंड-छत्ता) के आकार में भिन्नता दिखाते हैं, जो आमतौर पर एक उल्टे शंकु ( 1 बी ) जैसा दिखता है।

इन मधुमक्खियों के लिए तापमान में बदलाव कोई समस्या नहीं है। वे झुंड और उसके क्षेत्र के घनत्व को नियंत्रित करते हैं ताकि उसके केंद्र में एक स्थिर तापमान बना रहे, जहां रानी रहती है। यदि परिवेश का तापमान बढ़ जाता है, उदाहरण के लिए गर्मियों में, झुंड फैलता है, जिससे हवा के प्रसार को बढ़ावा देने वाले कुछ खांचे बनते हैं। बारिश के मामले में, क्लस्टर के बाहर मधुमक्खियां एक "ढाल" बनाती हैं, जिसके कारण नमी बस नालियों में जाती है।

मधुमक्खियों की इन क्षमताओं को जाना जाता है, लेकिन यह पूरी तरह से स्पष्ट नहीं है कि वे गतिशील जोखिम के मामले में क्लस्टर की स्थिरता को कैसे बनाए रखते हैं। क्लस्टर का विनाश लगभग पूरे झुंड की मौत का कारण बन सकता है। यही वैज्ञानिक जांच करेंगे।

प्रयोग की तैयारी

प्रयोग के लिए, एक कमरा तैयार किया गया था, जिसकी छत के नीचे एक रानी-रानी को रखा गया था। मधुमक्खियों को कमरे में छोड़ दिया गया और एक क्लस्टर बनाना शुरू किया, जिसकी प्रक्रिया को चित्र 1 सी में दिखाया गया है।

एक छोटी मोटर बोर्ड से जुड़ी होती है, जो इसे क्षैतिज और लंबवत रूप से विभिन्न आवृत्तियों (0.5 से 5 हर्ट्ज तक) और गुरुत्वाकर्षण के विभिन्न त्वरण (0 से 0.1 ग्राम) तक ले जाने में सक्षम होती है।


प्रयोग के लिए सेटअप की उपस्थिति: ए - क्षैतिज आंदोलनों, बी - ऊर्ध्वाधर।


छत्ता पर यांत्रिक प्रभाव: ए - आवृत्ति स्थिर और त्वरण में परिवर्तन होने पर क्लस्टर का निरंतर झटके; बी - क्लस्टर का आंतरायिक कंपन, जब त्वरण स्थिर होता है, और आवृत्ति में परिवर्तन होता है; सी - एक एकल संघट्टन।

क्षैतिज मिलाते हुए मोड को चालू करने पर, क्लस्टर लगभग 1 हर्ट्ज की आवृत्ति के साथ पेंडुलम की तरह झूलने लगता है। लेकिन कुछ मिनटों के बाद, मधुमक्खियां गतिशील मोड के अनुकूल हो जाती हैं और क्लस्टर आकार को एक चापलूसी में बदल देती हैं, जबकि परीक्षण से पहले व्यक्तियों की संख्या समान रहती है।


क्षैतिज शेक क्लस्टर: आकार देने का आकार

परीक्षण पूरा होने पर, मधुमक्खियां 30-120 मिनट के भीतर क्लस्टर के प्रारंभिक आकार को बहाल करती हैं। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया "आपातकालीन" रूप के गठन की प्रक्रिया की तुलना में अधिक समय लेती है।

निरंतर और रुक-रुक कर होने वाले आँकड़ों के विश्लेषण से पता चला कि किसी स्थिरांक की प्रतिक्रिया बहुत पहले होती है। आंतरायिक मधुमक्खियों के साथ कुछ झटके के बाद ही क्लस्टर का पुनर्निर्माण शुरू हो जाता है।


चित्र संख्या 2

ग्राफ 2 ए , समय (ए (टी) / ए (0), जहां ए (टी) परीक्षण के बाद का क्षेत्र है, ए (0) परीक्षण से पहले का क्षेत्र है) के आधार पर क्लस्टर क्षेत्र में परिवर्तन का एक संकेतक है। लाइनों के रंग आवधिक झटके के विभिन्न आवृत्तियों के अनुरूप हैं।

आसन्न ग्राफ़ ( 2 बी ) क्लस्टर के लगातार समतलता के साथ भी परिवर्तन दिखाता है। यहां हम यह देख सकते हैं कि अत्यंत कम त्वरण (0.01 ग्राम के क्रम) पर, क्लस्टर किसी भी तरह से प्रतिक्रिया नहीं करता है, जो एक निश्चित गतिविधि सीमा के अस्तित्व के बारे में विचारों की ओर जाता है। यदि गतिशीलता इस सीमा तक नहीं पहुंचती है, तो मधुमक्खियां इसे खतरे के रूप में नहीं समझती हैं और क्लस्टर को अधिक स्थिर रूप में पुनर्निर्माण करना शुरू नहीं करती हैं। 2 सी क्लस्टर और अलग-अलग व्यक्तियों की समन्वय प्रणाली है।

शोधकर्ताओं ने एक सूत्र की गणना की जो हाइव पर एक गतिशील प्रभाव के दौरान गणितीय रूप से प्रत्येक मधुमक्खी के आंदोलन की प्रक्रिया का प्रतिनिधित्व करने में मदद करेगा। यह निरंतर और असंतत झटके ( 2d ) क्लस्टर प्रतिक्रिया में अंतर को समझने के लिए आवश्यक है।

मधुमक्खियों के प्रक्षेपवक्रों का विश्लेषण करने के बाद, वैज्ञानिकों ने देखा कि क्लस्टर के शीर्ष पर मधुमक्खियों के बीच सापेक्ष विस्थापन और आधार पर मधुमक्खियों के मामले में बहुत अधिक है, जब यह परीक्षण से पहले होता है। सर्वेक्षण ने पुष्टि की कि झुंड के यांत्रिक अनुकूलन से समतल राज्य में संक्रमण के दौरान क्लस्टर (सामान्य विरूपण और विस्थापन) के स्थानीय विकृतियों को समतल करना संभव हो जाता है, जो कि परीक्षण के दौरान और बाद में होता है।

झटके के क्षण में, मधुमक्खियां छत्ते के आधार पर जाना शुरू कर देती हैं, जो कि अलग-अलग व्यक्तियों ( 2% ) को ट्रैक करके निर्धारित किया गया था।


क्लस्टर के आधार पर व्यक्तियों की आवाजाही।

यह अवलोकन इस व्यवहार के कारण की पुष्टि करता है - विरूपण की भावना। अधिक सटीक रूप से, मधुमक्खी को लगता है कि इसके और पड़ोसी व्यक्ति के बीच एक अंतर दिखाई दिया है, जो नहीं होना चाहिए। यह उसे छत्ता को मजबूत करने के लिए आधार पर स्थानांतरित करने के लिए उकसाता है। आधार को क्यों? मधुमक्खी क्लस्टर का प्रतिनिधित्व एक योजना (2f) के रूप में किया जा सकता है, जिसमें हल्के लाल क्षेत्र सबसे अधिक भार वाले क्षेत्र हैं, और सबसे छोटे वाले अंधेरे हैं। मधुमक्खियों को पता है कि इसकी संरचना पर हाइव के किस हिस्से में लोड सबसे बड़ा है, इसलिए आपको इस क्षेत्र को मजबूत करने के लिए वहां जाने की आवश्यकता है।

मधुमक्खी के व्यवहार के उपर्युक्त सिद्धांत को समझने के बाद, वैज्ञानिक एक नया सवाल पूछ रहे हैं - मधुमक्खी के जवाब देने के लिए सापेक्ष विस्थापन क्या होना चाहिए?



सबसे पहले, शोधकर्ता याद करते हैं कि एक निलंबित लचीले शंकु की मुख्य गतिशील विशेषताएं एक पेंडुलम के समान होती हैं, जब एक तरफ से दूसरी तरफ चलती हैं, और जब एक वसंत के साथ नीचे और ऊपर चलती हैं।

ऊपर की छवि एक क्लस्टर मॉडल दिखाती है जिसमें प्रत्येक व्यक्ति मधुमक्खी को एक गोलाकार शरीर के रूप में दर्शाया जाता है, जो तीन बलों से प्रभावित होता है: गुरुत्वाकर्षण बल, आसन्न निकायों के बीच आकर्षण बल और एक शरीर को दूसरे में प्रवेश करने से रोकने के लिए बल।

गणितीय मॉडल में एक दिलचस्प तथ्य सामने आया - जब क्लस्टर बढ़ जाता है तो स्थानीय भार का अधिकतम आयाम बढ़ जाता है। इस प्रकार, यह ये भार है जो मधुमक्खियों के लिए एक संकेत के रूप में काम करता है।


कंप्यूटर सिमुलेशन के दौरान क्लस्टर विस्थापन का प्रदर्शन ।


चित्र संख्या 3: कंप्यूटर मॉडल।

जैसा कि सिमुलेशन 3 ए से देखा जा सकता है, क्षैतिज दोलन के दौरान सामान्य विरूपण (0 के बराबर होना चाहिए) आधार पर सटीक रूप से बढ़ता है। 3 बी क्षैतिज दोलन के दौरान कतरनी परिवर्तन दिखाता है। यहाँ हम देखते हैं कि इस प्रकार की विकृति इतनी महत्वपूर्ण नहीं है। ग्राफ 3 सी सामान्य विरूपण और कतरनी के विस्थापन के संदर्भ में कतरनी को इसकी मूल स्थिति से दर्शाता है।

गणितीय कंप्यूटर मॉडल में प्रत्येक क्षेत्र एक अलग मधुमक्खी है, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है। उन्होंने एक व्यवहार नियम लागू किया - उन क्षेत्रों में जाने के लिए जहां लोड महत्वपूर्ण स्तर से ऊपर बढ़ना शुरू होता है। नतीजतन, मॉडल ने दिखाया कि मधुमक्खियों ( 3 डी ) के साथ लाइव क्या देखा जा सकता है। 3 ई पर रेखांकन दिखाते हैं कि आधार पर छत्ता क्षेत्र और मधुमक्खियों का अनुपात जो इसकी ओर बढ़ गया, वह बदल गया (ग्राफ 2e से मेल खाता है)।


छवि संख्या 4: ऊर्ध्वाधर कंपन।

छत्ते के ऊर्ध्वाधर बोलबाला के साथ प्रयोग के दौरान, त्वरण 0.05 ग्राम से अधिक नहीं था। नतीजतन, मनाया गया पूर्वाग्रह बहुत छोटा था। यह 4a पर चित्रों में देखा जा सकता है, जहां 30 मिनट के लिए छत्ता का आकार नहीं बदला है।

हालांकि, गुरुत्वाकर्षण त्वरण में 0.1 ग्राम की वृद्धि के साथ, क्लस्टर ध्वस्त हो गया। लब्बोलुआब यह है कि इस तरह के उतार-चढ़ाव के दौरान, छत्ता के आधार पर भार मधुमक्खियों को स्थानांतरित करने के लिए भड़काने के लिए पर्याप्त नहीं बदलता है। नीचे दिए गए वीडियो में दिखाया गया है कि झटकों के दौरान क्लस्टर का आकार लगभग अपरिवर्तित रहता है। और जब त्वरण के महत्वपूर्ण स्तर तक पहुँच जाता है, तो छत्ता बस ढह जाता है। मधुमक्खियों को प्रभावित करने वाले कारकों में से एक यह समय है कि उनके पास छत्ते पर पहले से ही महत्वपूर्ण स्तर पर प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त नहीं है।


ऊर्ध्वाधर कंपन के साथ परीक्षण के दौरान क्लस्टर का विनाश।

शोधकर्ता खोजें

आवृत्ति या त्वरण के बावजूद, मधुमक्खियां क्लस्टर के आकार को बदल देती हैं, जिससे यह अधिक स्थिर हो जाता है। यह एक बहुत समन्वित कार्य की तरह दिखता है, लेकिन टीमों को एक स्रोत से मधुमक्खियां नहीं मिलती हैं, लेकिन पूरी तरह से स्वतंत्र रूप से कार्य करते हैं, यद्यपि एक ही तरीके से। उनके कार्यों का मुख्य इंजन हाइव की संरचना के स्थानीय विकृतियों को महसूस करने की क्षमता है। जब ये विकृतियां एक महत्वपूर्ण स्तर तक पहुंच जाती हैं, तो मधुमक्खियां क्लस्टर को मजबूत करती हैं। इसकी पुष्टि निरंतर और रुक-रुक कर होने वाले झटके के साथ की जाती है। और यह तथ्य कि मधुमक्खियों 0.01 ग्राम से कम के त्वरण के साथ उतार-चढ़ाव के लिए किसी भी तरह से प्रतिक्रिया नहीं करेगी।

यदि क्लस्टर को लंबवत रूप से हिलाया जाता है, तो एक अलग स्थिति उत्पन्न होती है। मधुमक्खियां विकृतियों का जवाब नहीं देंगी, क्योंकि आधार पर लोड अनुमेय मानक से अधिक नहीं होगा।

शोधकर्ता, इसके बावजूद, अपने काम के परिणामों से संतुष्ट थे। उनके काम ने यांत्रिक अनुकूलन के सिद्धांत को समझने में मदद की। उनके अनुसार, मनुष्य द्वारा बनाए गए उपकरण इस मामले में मधुमक्खियों से नीच हैं। सबसे पहले, मधुमक्खी, तंत्र (हाइव) के एक अलग हिस्से के रूप में, "केंद्र" से आदेशों की आवश्यकता के बिना, अपने दम पर खतरे का जवाब देती है। नतीजतन, सभी मधुमक्खियां एक साथ छत्ते का पुनर्निर्माण करना शुरू कर देती हैं ताकि यह बाहरी कारकों के विनाशकारी प्रभाव का सामना कर सके। मनुष्य द्वारा बनाई गई प्रणालियों में एक एल्गोरिथ्म के रूप में इस तरह के व्यवहार का कार्यान्वयन प्रकृति के साथ संघर्ष को बहुत सरल करेगा, जो अक्सर इसके चरित्र को दिखाता है, इमारतों और उपकरणों को नष्ट करता है।

अध्ययन का विवरण वैज्ञानिकों की रिपोर्ट और इसके लिए अतिरिक्त सामग्रियों में उपलब्ध है।

उपसंहार

प्रकृति में आधुनिक तकनीक के लिए प्रेरणा या विचारों को खोजने में कोई आश्चर्य की बात नहीं है। कई आविष्कार, एक तरह से या किसी अन्य, इस सवाल के साथ शुरू हुआ कि "कीड़े, मछली, पक्षी, आदि से प्रकृति का क्या दोहराना है"। यह रास्ता जटिल और लंबा है। एक बार, आकाश की ओर देखते हुए, एक आदमी एक पक्षी की तरह उड़ना चाहता था, और पंख बनाया। सच है, पहले प्रयास इन उत्साही लोगों के लिए दुख की बात है। लेकिन देखो कि हमारे पास अब क्या है - महासागरों के पार एक समय में सैकड़ों लोगों को ले जाने वाले विशाल विमान। लेकिन उड़ान के पहले सपने देखने वाले को यह भी बताया गया कि उसके विचार बकवास थे। इसलिए, यहां तक ​​कि मधुमक्खियों के गतिशील प्रभावों के अनुकूलन का अध्ययन करना, चाहे कितना भी अजीब लगता हो, जितनी जल्दी या बाद में भविष्य की प्रौद्योगिकियों में इसका व्यावहारिक अनुप्रयोग मिलेगा। शायद यह अध्ययन, नैनो टेक्नोलॉजी के साथ मिलकर, एक ऐसी सामग्री का निर्माण करेगा जो भूकंप के दौरान पुन: संयोजित हो सकती है। कौन जानता है। किसी भी मामले में, एक स्वस्थ जिज्ञासा और यह समझने की इच्छा कि आपके आस-पास की दुनिया कैसे काम करती है।

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