Fra ildfluer til droner: Forskere afslører strategi for synkroniseringseffektivitet

Forskere fra University of New Mexico School of Engineering så til den naturlige verden for at forklare, hvordan synkroniserede systemer kan arbejde mere effektivt og fået en betydelig opdagelse. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation.

Francesco Sorrentino, professor i Institut for Mekanik, og Amirhossein Nazerian, Ph.D. Kandidat i maskinteknik udforskede matematikken i synkronisering og afslørede, at biologiske systemer bruger forskellige, forskellige stadier under svingning til at arbejde mere effektivt.

Resultaterne er beskrevet i en publikation med titlen “Effektiviteten af ​​synkroniseringsdynamik og rollen som netværkssyncreaktivitet.”

“Med hensyn til energi, der kræves for tilsluttede systemer af oscillatorer til at synkronisere, viser vores strategi, at vi kan have flere størrelsesordrer i energibesparelser,” sagde Nazerian.

Synkronisering af koblede systemer forekommer ofte i naturen, fra forbindelsen mellem hjertet og lungerne til den samarbejdsmæssige flimring af en gruppe ildfluer. Lektioner fra disse biologiske systemer kunne forbedre design og styring af strømnet, droner og anden teknologi ved at give dem mulighed for at bevare energi under svingning.

“Vi kiggede på dette fra et matematisk synspunkt og spurgte, hvordan systemer i naturen, i den menneskelige krop og i økologiske og sociale systemer synkroniseres. I naturen er effektiviteten meget vigtig, hvad enten det er i dyr eller i celler, da disse systemer ikke kan råd til at spilde energi, ”sagde Sorrentino.

Mange papirer har undersøgt synkronisering gennem stabilitetslinsen, men forfatterne mener, at der ikke har været forskning, der understreger effektiviteten og studerer svingningsstadierne indtil nu. Opdagelsen afslører også muligheder for forbedret kobling eller kommunikation mellem komponenter i et oscillerende system.

At forstå de forskellige stadier af svingning giver forskere mulighed for at manipulere koblingsstyrken ved stærkt at reducere energiforbruget. UNM -teamet og Matteo Lodi ved University of Genova gennemførte de teoretiske elementer i undersøgelsen, derefter validerede deres samarbejdspartner Joseph Hart på US Naval Research Lab deres resultater med eksperimenter.

Strategien, der er offentliggjort af teamet, involverer tilpasning af koblingsstyrken baseret på stadiet af svingning af systemet. Resultaterne indikerer, at energiforbruget, der kræves til synkronisering, kan reduceres, hvis koblingen mellem de svingende systemer kun aktiveres, når det er nødvendigt.