Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden (RPI) bilim adamları matematiksel kavramları kullandılar. sicim teorisiteorik bir açıklaması tüm evrenin mekaniğigibi canlı sistemlerin nasıl çalıştığına dair yüzyılı aşkın süredir var olan varsayımları altüst etmek ağaç kökleri Ve nöronlarkendi kendini anlatan dallanma ağlarını oluşturun.
Karakterize etmek için sicim teorisinin uygulanmasına rağmen biyolojik sistemler Başarılı olmasına rağmen, çalışmanın arkasındaki araştırma ekibi çabalarının teorinin kendisini desteklemediğini söyledi. Ancak araştırmacılar, çalışmalarının soyut araç kutusunun nasıl olduğunu gösterdiğini belirtti. teorik fizik yüzey optimizasyonu gibi gerçek dünya problemlerine uygulanabilir.
RPI ekibi, bulgularının mühendislerin daha iyi yapay ağlar oluşturmasına da yardımcı olabileceğini söyledi. 3D baskılı dokular çalışan kan damarları olan veya aşırı verimli ulaşım sistemleri.
Kurtarmaya Sicim Teorisi mi?
Bir e-postada BilgilendirmeAraştırmanın başyazarı RPI’den Xiangyi Meng, ekibin kan damarları ve bitkiler gibi çeşitli materyalleri içeren biyolojik sistemlerin büyümesini ve yapısını keşfetmeye başladığını açıkladı. Ancak araştırmacı, belirgin farklılıklarına rağmen bu tür biyolojik sistemlerin “hepsinin aynı yüzey optimizasyon formülünü takip etme eğiliminde olduğunu” açıkladı.
RPI ekibinin yayınlanan çalışmasına göre, bu tür sistemleri tasarlarken doğanın verimliliği nasıl en üst düzeye çıkardığını anlamak, kablolama ekonomisine yönelik onlarca yıldır süren araştırmalara ilham kaynağı oldu. Sonuç olarak, bilim adamlarının doğal dallanma ağlarının beklenen işlevi ve mimarisi hakkında test edilebilir çeşitli tahminleri var.
Yeni çalışmada ekip, kablolamanın minimizasyonu ile ilgili uzun süredir devam eden tahminlerin doğruluğunu test etmek için bu tür birkaç ağın altında yatan dallanma geometrisini araştırdı. Önceki çabalar aynı konuyu ele almış olsa da, araştırmacılar son çabalarının, bir ağaç dalı veya beyin bağlantısı gibi fiziksel bir ağın gerçek maliyetlerini tahmin etmenin, sistemin “tam üç boyutlu geometrisini” hesaba katmayı gerektirdiğini ortaya çıkardığını söyledi.
Ne yazık ki ekip, bu farkındalığın büyük ölçüde tedavisi zor bir optimizasyon sorununa yol açtığını söyledi. Araştırmaya göre, daha önce çözüm aramak için kullanılan araçlar da yetersiz kalıyordu. Alternatif bir yaklaşımın sorunu çözüp çözemeyeceğini merak eden ekip, sicim teorisinin fizik araç setine yöneldi.
Meng, “Sicim teorisyenleri tarafından geliştirilen karmaşık matematiksel araç setini ödünç alıyoruz ve bunu biyolojik bir bağlama uyguluyoruz” dedi. Bilgilendirme.
Araç Seti, Gerçek Dünya Ağlarıyla “Mükemmel Anlaşma” ile Sonuçlanıyor
Ekibin çalışmasına göre mevcut yüzey optimizasyon teorileri, nöronlar, kan damarları, ağaçlar, mercanlar ve kökler gibi ağların üç boyutlu yapısını tam olarak açıklamak için kullanıldığında yetersiz kalıyor. Bunun yerine, birçok biyolojik ağın, birçok biyolojik sistemin sıklıkla yaptığı gibi, klasik “maddeyi en aza indirme” kurallarına uymadığını buldular.
Örneğin, çalışmanın yazarları, geleneksel yaklaşımların, doğanın bu tasarım mimarilerinde neden çok yollu kavşakları ve kısa dikey “filizleri” kullandığını açıklayamayacağını belirtiyor. Ancak ekip, sicim teorisinde kullanılan yüksek boyutlu Feynman diyagramları üzerinde yüzey minimizasyonunun tam bir haritasını çıkardığında, verileri şunu gösterdi: “bağlantı kalınlığının artmasıyla birlikte, yerel olarak ağaç benzeri bir ağ, artık uzunluk minimizasyonu ile açıklanamayacak konfigürasyonlara geçiş yapıyor.”
Sicim teorisinin uygulanması aynı zamanda RPI ekibinin, beyinde sinaps oluşumunun iyileştirilmesi ve bitki ve mantarlarda besin erişiminin iyileştirilmesi de dahil olmak üzere biyolojik sistemlerde “sadece gerçek ağlarda yaygın olmakla kalmayıp aynı zamanda önemli bir işlevsel rol oynayan” sabit ortogonal filizlerin varlığını tahmin etmesine de olanak tanıdı. Ekip, sicim teorisi araç setinin kullanımını genişlettiğinde, yaklaşımın, kan damarları ve insan nöronlarından meyve sineği nöronlarına ve bitki köklerine kadar altı biyolojik sistemde geleneksel ağ minimizasyon teorilerinden daha iyi performans gösterdiğini buldu.
“Özellikle yüzey minimizasyonu, çok çeşitli uygulama alanlarında fiziksel ağların yerel ağaç organizasyonuyla mükemmel bir uyum içinde üçlemelerin ve dallanma açılarının ortaya çıkmasını öngörüyor” diye açıkladılar.
Biyolojik Sistemlerin Mimarisini Formüle Etmek İçin Teorik Fiziğin Kullanılması
Araştırmanın hangi yönünün en şaşırtıcı olduğu sorulduğunda Meng, çalışmanın matematiksel bulgularına dikkat çekti.
Araştırmacı, “Biyolojik keşiflerin genellikle fizikçilerin temel kavramları incelerken buldukları matematiksel ilkelere bağlı kalmasını şaşırtıcı ve anlayışlı buluyorum” diye açıkladı.
Meng, çalışmalarının sonuçlarını tartışırken şunları söyledi: Bilgilendirme çalışmalarının “sicim teorisinin evrenin temel dokusunu tanımlayıp açıklayamadığı konusunda ağırlık vermediğini” belirtti.
Meng, “Dikkatli olmalıyız” dedi Bilgilendirme. “Yaklaşımımız beynin ‘kuantum’ olduğunu öne sürmüyor. Aslında burada herhangi bir kuantum dalgalanması olmadığında uygulanan sicim teorisinin matematiksel araçlarını kullanıyor.”
Bunun yerine araştırmacı, çalışmalarının sadece sicim teorisi araç setini ödünç aldığını ve onu “herhangi bir kuantum dalgalanmasının olmadığı” biyolojik bir bağlama uyguladığını söyledi.
Meng, “Bu çalışmanın önemi inşa ettiğimiz köprüde yatıyor” dedi. Bilgilendirme. “Biyolojik sistemlerin mimarisini formüle etmek için sicim kuramı çerçevesi ilk kez kullanılıyor.”
RPI ekibi, çalışmalarının doğası gereği “temel” olduğu ve hala pratik uygulamaları bekledikleri konusunda uyarsa da, bulgulardan yararlanabilecek bazı alanlara dikkat çekti.
Meng, “Bulgularımızın nöron dinamiklerini ve hesaplama karmaşıklığını anlamanın yanı sıra belirli nöronal bozuklukların ardındaki mekanizmaları ortaya çıkarma potansiyeli taşıdığına inanıyoruz” dedi. Bilgilendirme. “Başka bir potansiyel uygulama, yapay kan damarları veya 3D yazdırılabilir meta malzemeler gibi ağ malzemesi tasarımı için bu matematiksel çerçeveyi kullanmaktır.”
Çalışma “Yüzey optimizasyonu, fiziksel ağların yerel tasarımını yönetir” kategorisinde yayınlandı Doğa.
Christopher Plain, Bilim Kurgu ve Fantazi roman yazarı ve The Debrief’te Baş Bilim Yazarıdır. Onu takip edin ve onunla bağlantı kurun X, onun kitapları hakkında bilgi edinin plainfiction.comveya doğrudan şu adrese e-posta gönderin: [email protected].
