Een vergelijking die is ontwikkeld om de beweging van golvende dieren en robots te beschrijven, lijkt als twee druppels water op de beroemde Schrödingervergelijking uit de quantummechanica
De bewegingen van dieren die zich golvend voortbewegen, en de toestanden van quantumobjecten, kunnen worden beschreven met behulp van opvallend vergelijkbare vergelijkingen.
Wiskundige Alexander Cohen van het Massachusetts Institute of Technology en zijn collega’s hebben een vergelijking gevonden die de beweging van wormen, slangen, duizendpoten en golvende slangachtige robots beschrijft.
Mieren zijn magnifieke navigators
Mieren zijn in staat tot verbazingwekkende navigatieprestaties. Misschien kan waardering hiervoor helpen om deze insectensoorten te behouden.
Golvende bewegingen
Ze begonnen met het bekijken van eerder opgenomen laboratoriumopnamen van de kleine worm Caenorhabditis elegans, westelijke watersnuitslangen (Chionactis occipitalis), bruine duizendpoten (Lithobius forficatus) en biologisch geïnspireerde mechanische slang-robots in beweging. Zo vonden ze specifieke bewegingspatronen van deze golvende dieren, en vervolgens ontwikkelden ze een eenvoudige manier om de bewegingen te classificeren, zodat ze alle typen golvende bewegingen konden ontleden tot een combinatie van eenvoudigere bouwsteen-bewegingen.
Deze bouwstenen zijn allemaal oplossingen voor een algemene vergelijking die volgens het team de beweging beschrijft van elk dun dier of elke golvend bewegende robot. Toen de onderzoekers op de vergelijking stuitten, kwam die ze wel heel bekend voor. Hij leek op de beroemde Schrödingervergelijking, die beschrijft hoe quantummechanische objecten zich gedragen.
Abstracte quantumtoestanden
Wiskundige Alasdair Hastewell van dezelfde onderzoeksgroep, zegt dat een deel van de gelijkenis voortkomt uit de geometrie van de dieren en robots. Ze hebben een eindige lengte en veel symmetrie, net als abstracte quantumtoestanden, zegt hij.
Deze wiskundige gelijkenis betekent niet dat de dieren quantum-effecten ervaren. Maar het stelde het team wel in staat om wiskundige hulpmiddelen uit de quantummechanica te gebruiken om de dieren te analyseren. Het team kwantificeerde bijvoorbeeld hoe verschillend een slangachtige robot en een C. elegans bewegen en maakte een diagram dat de dieren op een spectrum plaatste van andere golvende wezens.
‘Het is leuk om te weten dat hele organismen gemodelleerd kunnen worden met wiskunde die uit de natuurkunde komt. Dat is niet vanzelfsprekend, omdat ze zo ingewikkeld zijn’, zegt biofysicus Greg Stephens van de Vrije Universiteit in Amsterdam.
