ศึกษาเกี่ยวกับมด

การศึกษาพบว่าความหนาแน่นเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับมดในการสัมผัสกับวงจรกิจกรรมและผ่านช่วงเวลาที่กลุ่มแมลงเคลื่อนที่ไปพร้อมกัน ภายใต้สภาวะที่มีความหนาแน่นสูง วงจรกิจกรรมเหล่านี้จะแสดงในลักษณะที่น่าแปลกใจเมื่อชุมชนมดถูกจัดอยู่ในคอลัมน์แนวตั้ง สร้างคลื่นกิจกรรมที่แพร่กระจายขึ้น มดคันไฟเป็นแบบจำลองในวิชาฟิสิกส์ มดคันไฟซึ่งเป็นมดที่มีความสามารถในการสืบพันธุ์และการกระจายตัวสูงได้ถูกนำมาใช้เป็นแบบจำลองอ้างอิงสำหรับการศึกษาระบบแอกทีฟที่มีความหนาแน่นสูง ภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน กลุ่มมดจะประสบสิ่งที่เรียกว่าวงจรกิจกรรมกลุ่มมดจะเปลี่ยนไปมาจากสถานการณ์ที่มดจำนวนมากหยุดนิ่ง ไปสู่สถานการณ์ที่มดเกือบทั้งหมดเคลื่อนไหว "การศึกษาระบบแอกทีฟที่หนาแน่นในห้องแล็บไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย จากมุมมองทางกายภาพ มดถือเป็นอนุภาคแอกทีฟที่ใช้พลังงานเคมีในการเคลื่อนที่ พวกมันสามารถรวมตัวกันได้ง่ายเพื่อสร้างกลุ่มที่หนาแน่นซึ่งเราสามารถใช้ตอบคำถามเรื่องแอคทีฟได้" Alberto Fernández-Nieves ศาสตราจารย์ ICREA จากภาควิชาฟิสิกส์สสารควบแน่นและสถาบัน UB Institute of Complex Systems (UBICS) กล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สสารที่เคลื่อนไหวมีพื้นฐานมาจากอนุภาคที่สามารถขับเคลื่อนตัวเองได้ และเป็นผลให้เคลื่อนที่เนื่องจากการใช้พลังงานในท้องถิ่น ซึ่งแตกต่างจากระบบอะตอมหรือคอลลอยด์ ซึ่งองค์ประกอบต่างๆ เคลื่อนที่เนื่องจากอุณหภูมิ ตั้งแต่การดึงดูดทางสังคมไปจนถึงพฤติกรรมส่วนรวม มีพฤติกรรมใหญ่ๆ 2 อย่างที่เกิดขึ้นในสสารกัมมันตภาพ: พฤติกรรมแรกคือการเปลี่ยนสถานะที่ชุดของอนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน (โหมดรวม) ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่มักเกี่ยวข้องกับฝูงนกและฝูงปลา อีกประการหนึ่งปรากฏขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคลดลงตามระยะห่างระหว่างคู่ ในกรณีนี้ เมื่ออนุภาคเข้าใกล้มากขึ้น อนุภาคจะหยุดเคลื่อนที่ ซึ่งเป็นผลที่สามารถเข้าใจได้ว่าเป็นแรงดึงดูดระหว่างกัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ แรงดึงดูดนี้สามารถนำไปสู่การก่อตัวของมวลรวม และในบางกรณี อาจนำไปสู่การแยกเฟสที่เกิดจากมดที่อยู่นิ่งกับเฟสที่เกิดจากมดเคลื่อนที่ จากการศึกษาพบว่าความหนาแน่นเป็นสิ่งสำคัญสำหรับฝูงมดในการเปลี่ยนแปลงระหว่างพฤติกรรมเหล่านี้ "ด้วยความหนาแน่นที่ต่ำกว่า ช่วงที่เราสังเกตได้นั้นเกี่ยวข้องกับแรงดึงดูดทางสังคม" ผู้เขียนกล่าว "การเปลี่ยนแปลงของเฟสการเคลื่อนไหวโดยรวมจะเห็นได้ก็ต่อเมื่อความหนาแน่นสูงพอ ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมคลื่นจึงถูกสร้างขึ้นใกล้กับฐานของเสามดเสมอ ซึ่งความหนาแน่นจะสูงกว่า" การศึกษาระบุว่าแรงดึงดูดทางสังคมของมด เช่น ปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน สามารถอธิบายได้ว่าเป็นปรากฏการณ์ที่เหนี่ยวนำเนื่องจากการเคลื่อนไหวที่ลดลงพร้อมกับการแยกตัวของ มด กับมด อย่างไรก็ตาม ที่ความหนาแน่นสูง สิ่งดึงดูดใจนี้จะหายไปและชุมชนมดใช้โหมดกลุ่มรวมซึ่งส่งผลให้คลื่นกิจกรรมแพร่กระจายขึ้นไป "คลื่นความหนาแน่นและกิจกรรมเหล่านี้สะท้อนให้เห็นว่าสถานะของวัฏจักรกิจกรรมที่มดทั้งหมดกำลังเคลื่อนไหวนั้นสอดคล้องกับระยะรวมซึ่งคล้ายกับระยะการจัดระเบียบที่อธิบายไว้ เช่น ในฝูงนก ฝูงปลา หรือฝูง ( แพ็คหรือฝูง) ของสัตว์" ผู้เชี่ยวชาญกล่าว โหมดรวมของมดในสิ่งแวดล้อม ในธรรมชาติ มดคันไฟสามารถเห็นโหมดรวมฝูงได้ภายใต้สภาวะต่างๆ แมลงเหล่านี้ซึ่งมาจากพื้นที่ที่มีฝนตกชุกและน้ำท่วมได้พัฒนาเพื่อเอาชนะเหตุการณ์ที่รุนแรงเหล่านี้ผ่านวัฏจักรกิจกรรมเหล่านี้ "เพื่อที่จะอยู่รอดในปรากฏการณ์เหล่านี้ มดคันไฟสร้างแพโดยที่ทุกคนจับกลุ่มกัน ดังนั้นความหนาแน่นของแพจึงสูง จากการศึกษาก่อนหน้านี้ เมื่อพวกมันอยู่ในแพ แพเป็นวงกลมและอื่นๆ ที่มีการเคลื่อนไหวมากกว่า ในกรณีสุดท้ายนี้ รูปร่างของแพจะมีลักษณะเฉพาะโดยการก่อตัวของส่วนยื่นออกมารวมกันที่มีรูปร่างคล้ายนิ้ว" ผู้เขียนตั้งข้อสังเกต ในช่วงที่ไม่ได้ใช้งาน แพจะมีลักษณะเป็นของแข็งยืดหยุ่น ซึ่งช่วยต้านทานการกระแทกของวัตถุที่ถูกน้ำฝนพัดพา ในขณะเดียวกัน การก่อตัวของรูปร่างคล้ายนิ้วทำให้มดสามารถค้นหาพื้นแข็งได้ หากพบก็จะอพยพขึ้นบก แต่ถ้าไม่พบ ก็จะรวมกลุ่มกันอีกครั้งและดำเนินวงจรเหล่านี้เป็นครั้งคราวจนกว่าจะพบ "ดังนั้นเราจึงคิดว่าช่วงเวลาที่มีการเคลื่อนไหวที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของนิ้วนั้นคล้ายกับโหมดรวมที่เราสังเกตเห็นในการทดลองของเรา ซึ่งสร้างคลื่นมดในคอลัมน์แนวตั้ง" ผู้เขียนสรุป สสารที่ใช้งานอยู่และระบบที่ไม่สมดุล การเปลี่ยนแปลงในสถานะการรวมตัวของมดมีผลในคุณสมบัติของวัสดุ ผู้เขียนอธิบายว่าในการศึกษาก่อนหน้านี้ พวกเขา "พบว่าคุณสมบัติเชิงกลเปลี่ยนไปอย่างมากขึ้นอยู่กับสถานะของกลุ่มมด ในระยะที่มีแรงดึงดูดครอบงำ พฤติกรรมจะคล้ายกับของของแข็งยืดหยุ่น ในทางตรงกันข้าม ในระยะแอคทีฟ ชุมชนจัดระเบียบตัวเองใหม่ในระดับอนุภาคเพื่อให้ไหลเป็นของเหลว" "หากวิเคราะห์ว่าเป็นวัสดุที่ใช้งานอยู่ ชุมชนมดสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมเชิงกลได้ผ่านการเปลี่ยนแปลงในกิจกรรมของพวกมัน ในวัสดุศาสตร์ โดยทั่วไปแล้วสามารถทำได้โดยการเปลี่ยนโครงสร้างของวัสดุ ในกรณีของมด สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้โดยอยู่ไกล จากสภาวะสมดุล การเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลวเป็นผลมาจากกลไกภายในที่ทำให้ระบบไม่อยู่ในสภาวะสมดุล และนั่นทำให้นึกถึงกิจกรรมของอนุภาคสสารที่เคลื่อนไหว ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางโครงสร้างที่เกี่ยวข้อง ชุมชนมดที่หนาแน่นมักจะไม่เป็นระเบียบ พฤติกรรมนี้ทำให้เรานึกถึงตัวละครในภาพยนตร์เรื่อง Terminator ซึ่งเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็งได้เองตามธรรมชาติ ในแง่นี้ และถึงแม้จะมีความซับซ้อน แต่ Terminator ในภาพยนตร์เรื่องนี้ก็เป็นสสารที่กระตือรือร้นเช่นกัน" นักวิจัยสรุป