Pinguine: Die Mathematik hinter der Huddle
(ISNS)--In dem eisigen Frost der Antarktis, drängen die Kaiserpinguine für Wärme – und bleiben sie wohlig, obwohl sie ständig Positionen in der Scrum drehen. Jetzt haben Forscher die Funktionsweise der Huddle modelliert, Blick auf das System durch die Linse der Strömungsmechanik.
Francois Blanchette, ein angewandter Mathematiker an der University of California, Merced, sagt, dass es ein wenig Serendipity dauerte, ihn in das Thema zu bringen.
"Ich war gerade dieser Pinguin-Filme und habe gedacht: Ich arbeite mit ähnlichen Dingen," sagte Blanchette. " Sie können sehen, den Wind in all diesen Filmen und kann man Schneeflocken--ich dachte, vielleicht gibt es eine Möglichkeit, die Idee der Pinguin kauern engagieren."
Biologen haben lange beobachtet, wie Hunderte von Pinguinen versammeln, um den antarktischen Temperaturen von-60 F und Böen von 100 km/h zu widerstehen. Andere Forscher zeigten, dass die Pinguine innerhalb der verpackten Gruppe, Umzug außerhalb Pinguine in die wärmeren Flecken und Dispergieren des Wärmeverlustes von Ort zu Ort bewegen.
Im Inneren der Huddle bekannt, Temperaturen um 70 erreichen Grad F. Huddling ist besonders wichtig, da die Pinguine nicht bis zu 115 Tage Essen und so viel Energie wie möglich sparen müssen.
Blanchette nahm die Idee einen Schritt weiter und mathematische Modelle der Form und Dynamik der Huddle geschaffen. Er fand, dass, wenn Pinguine versuchen, ihre Wärme zu maximieren--die kältesten sind zu, um den verfügbaren Platz bewegen-- und der Huddle die Form einer Zigarre nimmt.
Blanchette erkannte bald, dass die längliche Form entsprechen nicht dem, was er in Pinguin Filme sahen, so fügte er hinzu: zufällige Wärmeverlust zu jeder Pinguin. Erstellte ein runder Wirrwarr mit ein paar Brocken von Löchern, mit ein bisschen Dehnung in die Richtung des Windes.
"Es ist nicht verwunderlich, dass es eine Menge an Zufälligkeit, wie Pinguine nicht perfekt Vernunftwesen sind", sagte Blanchette. Seine Forschungen mit zwei Studenten wurde Freitag im Online-Journal PLoS ONE veröffentlicht.
Das Team war überrascht, dass, obwohl jeder Pinguin darauf aus war, sich selbst zu helfen, die Kälte landete fast geteilt wird gleichmäßig über die gesamte Gruppe.
"Wollten Sie einen Prozess zu entwerfen, der fair ist, ist dies eine nahe Annäherung", sagte Blanchette.
Barbara Wienecke, ein Biologe mit dem Australian Antarctic Division, Pinguine, studiert, sagte, dass das Modell interessant war. Sie fügte hinzu, dass die Wirklichkeit viel komplexer als das Modell, das davon, dass gibt es einige Lücken in der Huddle ausgeht, schlägt sein kann.
"Kauert hochdynamischen und nicht so symmetrisch wie man erwarten könnte," sagte Wienecke, die eine biologische Form für die Huddle vorschwebte. "Die Umrisse der ein Wirrwarr kann es sehen eher aus wie eine Amöbe als ein Kreis, also zu einem Punkt Öffnungen oft abhängig von der Anzahl der Vögel in ein Wirrwarr existieren, machen."
Pinguine kauert sind nicht die einzige Formwandler Tier Gruppierung--andere biologische Massen haben Dynamik, die wie Flüssigkeiten, modelliert werden können, sagte Blanchette. Er weist auf Kolonien von Bakterien, die als Reaktion auf Nahrungsmittel oder Toxine Formänderung.
Darüber hinaus könnte das Modell in Roboter programmiert werden, die Schwarm und drängen sich um zu überleben müssen.
"Stellen Sie sich eine Gruppe von Robotern gefangen in einem Sandsturm, und sie möchten vielleicht ausgesetzt ist, zu drehen", sagte Blanchette. Ein Biologie-basiertes Modell könnte Verhalten zur Maximierung der Überleben für eine Gruppe mit einem fiesen Umweltsituation konfrontiert verschreiben.
Katharine Gammon ist ein freier Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Santa Monica, Kalifornien, und schreibt für eine Vielzahl von Zeitschriften über Technologie, Gesellschaft und Tierwissenschaften.
In Science News Service wird unterstützt durch das American Institute of Physics.