EO

Zwermgedrag gestuurd door wrijving – ook bij gassen

12 juni 2018 om 11:19 uur

Veel vissen vormen scholen en vogels zwermen. Zulk collectief gedrag moet voortkomen uit interactie. Hoe dat werkt, was tot nu toe onduidelijk. Nu hebben onderzoekers een modelsysteem ontwikkelde waarmee zij experimenteel aantonen dat zwermgedrag sterk wordt gestuurd door wrijving.


Het modelsysteem dat promovendus Marcel Workamp en Joshua Dijksman aan Wageningen University & Research ontwikkelden in samenwerking met collega's van North Carolina State University (Raleigh, VS), is sterk geïnspireerd door het arcadespel ‘air hockey'. Doordat continu lucht door gaatjes in de tafel wordt geperst, zweeft de ‘puck' in air hockey (de vogel) zonder wrijving over de tafel. Om de puck voortstuwing mee te geven maakten de onderzoekers kleine ventilatiekanalen in alle pucks, zodanig dat de lucht vanaf de tafel elke puck spontaan eenzelfde draairichting geeft. Deze rotatierichting was in het model tegen de wijzers van de klok in ofwel linksom.


Deze toevoeging leidt tot bijzonder collectief gedrag. Dijksman en collega's gebruiken een cirkelvormige tafel waarin een toenemend aantal pucks is geplaatst die alle individueel tegen de klok in draaien. Met behulp van beeldanalyse volgden zij nauwkeurig de positie van elke puck.


Wat blijkt? Als er maar weinig pucks zijn, botsen de pucks vooral met de buitenwand. Dit leidt er toe dat de algehele beweging van de pucks ten opzichte van de cirkelvormige tafel, met de klok mee is. Naarmate er meer deeltjes (pucks) worden toegevoegd, gebeurt er iets opzienbarends: de gemeenschappelijke bewegingsrichting van de pucks keert om. Ze bewegen met z'n alle tegen de klok in.

zwrm

Gemiddelde snelheden van twee (a), zeven (b) en 45 (c) linksom draaiende pucks op de cirkelvormige tafel. Van links naar rechts verandert de algehele richting van de pucks van met de klok mee naar tegen de klok in.

 

Collectief gedrag door interacties

Dit collectieve gedrag ontstaat door botsingen tussen de deeltjes, waarbij ze de energie van hun rotatie inwisselen voor bewegingsenergie. Deze uitwisseling kan alleen plaatsvinden als er voldoende wrijving is tussen de deeltjes. Immers, dan is de uitwisseling van energie het grootste.

 

Onderlinge wrijving versterkt collectief gedrag

Om de wrijving tussen de pucks verder te vergroten, 3D-printe het onderzoeksteam  kleine ‘oortjes' op de pucks. Op die manier konden zij het collectieve gedrag versterken. Zo blijkt het aantal deeltjes dat nodig is om de verandering van de bewegingsrichting te bewerkstelligen, sterk af te nemen door het toevoegen van de oortjes. Zonder de wrijvingsverhogende oortjes waren er meer pucks nodig om de gezamenlijke bewegingsrichting om te keren.

 

Geldig voor vogels, vissen en gassen

De observaties tonen aan dat individuele deeltjes in het model, vogels in zwermen of vissen in scholen, op basis van enkel hun onderlinge wrijving zwermgedrag vertonen, dus ook zonder elkaar te ‘zien'. Frappant is dat de actieve deeltjes zich ook houden aan de wetten die gelden voor passieve, moleculaire gasdeeltjes in een gaswolk, waar de deeltjes, gestuurd door de temperatuur, ook een collectief gedrag vertonen.


Het modelsysteem van Dijksman laat dus zien dat je met weinig ingrediënten al goed controleerbaar collectief gedrag kunt realiseren. Het onderzoek is daarmee niet alleen relevant voor het begrip van zwermgedrag in dieren, maar ook voor het ontwikkelen van nieuwe materialen waarin de activiteit van individuele deeltjes tot nieuwe materiaaleigenschappen kan leiden.

 

Gerelateerd nieuws

Rijk investeerde 151 miljoen euro in energieonderzoek

Rijk investeerde 151 miljoen euro in energieonderzoek

In 2017 investeerde de rijksoverheid 151 miljoen euro in energieonderzoek. Kennisinstituten en bedrijven kregen meer geld voor investeringen in energieonderzoek dan het jaar daarvoor.

Duitse architect ontwerpt kam om oceaan plasticvrij te maken

Duitse architect ontwerpt kam om oceaan plasticvrij te maken (video)

Pacific Garbage Screening (PGS) is een nieuwe oplossing om uiteindelijk tot schone oceanen te komen. De techniek functioneert zonder netten maar op basis van passieve sedimentatie (bezinking). Het zeeleven wordt niet…

Noah van TU/ecomotive (beeld: Bart van Overbeeke)

De meest circulaire auto ter wereld is van vlas en suiker

Het milieueffect van een auto wordt niet alleen bepaald door zijn verbruik, maar net zo goed door de productie ervan en de uiteindelijke recycling. Studenten van de TU Eindhoven ontwikkelden daarom een auto die op al…

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV
B&R Industriële Automatisering BV

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Product van de maand

RSS
Nieuw IoT bord met software en TFT

Het nieuwe Arrow Aris Edge S3 bord maakt de ontwikkeling van batterijgevoede IoT-applicaties met een klein TFT-scherm...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

27 augustus 2018, Amsterdam

EMC Europe

Internationaal symposium over EMC.

3 september 2018, Breda

Introductie NEN Veiligheidsladder®

Wilt u de veiligheid op de werkvloer vergroten? De NEN Veiligheidsladder® is een certificeerbare norm om...

4 september 2018, Breda

Performance Level & SISTEMA 2.0

Deze training begint bij de basis: de Machinerichtlijn en de link (via risicobeoordeling) naar...

Meer agendapunten »