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

Ocean Grazer kan duurzame energie opslaan voor de lange termijn

Ocean Grazer slaat energie uit golven op voor de lange termijn

De universiteit in Groningen en het bedrijf Ocean Grazer werken samen aan de Ocean Grazer: een systeem om energie op zee te oogsten en op te slaan.

Duizenden kinderen ontdekken wetenschap en technologie tijdens Generation Discover festival

Duizenden kinderen ontdekken wetenschap en technologie tijdens Generation Discover festival

Stuiterballen maken, waterstof splitsen, racen met zoutauto’s en de stad van de toekomst bouwen. Dat komen duizenden kinderen de komende dagen doen op het Generation Discover festival op het Malieveld in Den Haag. Het…

Vaart Roboat straks zelfstandig door in Amsterdam?

Vaart Roboat straks zelfstandig door in Amsterdam? (video)

Amsterdam doet onderzoek naar de mogelijkheid om schepen zelfstandig door de – drukke! – stad te laten varen. Amsterdam Institute for Advanced Metropolitan Solutions (AMS Institute) denkt dat de boten in elk geval…

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
Slim netwerken met Murrelektronik

Met de nieuwe Murrelektronik PROFINET managed switches, wordt het nu heel eenvoudig om te voldoen aan de PROFINET...

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

20 oktober 2018, Eindhoven

Dutch Design Week

Tijdens DDW ontdek je het beste werk en de meest spraakmakende ideeën van mensen die eigenwijs en...

31 oktober 2018, Delft

Radarontwerptechniek

Radars vinden, behalve in de militaire en civiele luchtverkeersleiding, steeds vaker toepassing in nieuwe...

31 oktober 2018, Breda

2-daagse masterclass Process Safety voor Managers

Bij Process Safety gaat het om de veiligheid van het omgaan met gevaarlijke stoffen in procesinstallaties...

Meer agendapunten »