บาคาร่าเว็บตรง ลอยอยู่บนเส้นด้าย: แมงมุมบางตัวสามารถบินได้โดยใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างสนามไฟฟ้าของโลกกับประจุบนเส้นไหมของพวกมัน การจำลองโดยใช้อัลกอริธึมกราฟิกคอมพิวเตอร์ได้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างเส้นไหมของแมงมุมกับบรรยากาศ แบบจำลองตัวเลขแบบใหม่นี้ ซึ่งเน้นที่เส้นไหมหลายเส้น ช่วยอธิบายว่าแมงมุมสามารถใช้ประโยชน์จากศักย์ไฟฟ้า
เชิงบวกของชั้นบรรยากาศของโลกเพื่อบินและกระจายตัวได้อย่างไร
แม้ว่าพวกมันไม่มีปีก แต่แมงมุมบางตัวก็บินได้ พวกเขาปล่อยเส้นไหมละเอียดและลอยอยู่ในอากาศที่ติดอยู่กับพวกเขาซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าบอลลูน นักวิทยาศาสตร์ได้เขียนเกี่ยวกับพฤติกรรมการกระจัดกระจายที่ผิดปกตินี้ตั้งแต่อย่างน้อยในทศวรรษ 1600 ชาร์ลส์ ดาร์วินยังสังเกตเห็นแมงมุมบอลลูนหลายร้อยตัวที่ลงจอดบน HMS Beagle เมื่ออยู่นอกชายฝั่ง 60 ไมล์ แต่ไม่มีใครแน่ใจว่ามันทำงานอย่างไร
มีสองทฤษฎีที่แข่งขันกันเพื่ออธิบายการพองตัวของแมงมุม ประการแรกแสดงให้เห็นว่าอากาศอุ่นที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการไล่ระดับความร้อนในขณะที่ดวงอาทิตย์ทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้น ลากบนเส้นไหมสีอ่อนแล้วดึงแมงมุมขึ้น อีกคนหนึ่งเสนอว่าประจุไฟฟ้าสถิตที่เป็นลบบนเส้นไหมของแมงมุมมีปฏิสัมพันธ์กับศักย์ไฟฟ้าบวกของชั้นบรรยากาศโลก ทำให้เกิดการลอยตัวของไฟฟ้าสถิตที่ยกเกลียวและแมงมุมขึ้น – หากอยู่ในสภาวะที่เหมาะสม
ในการศึกษาล่าสุดนี้ – อธิบายไว้ในPhysical Review E – Charbel Habchiจาก Notre Dame University-Louaize ในเลบานอน และM Khalid Jawedจาก University of California, Los Angeles ได้พัฒนาแบบจำลองเชิงตัวเลขใหม่ที่พวกเขาอ้างว่าเป็นหลักฐานสำหรับบทบาทของแรงไฟฟ้าสถิต ในการขึ้นบอลลูน การจำลองก่อนหน้านี้ที่พยายามสำรวจบอลลูนได้จำลองแมงมุมด้วยไหมเส้นเดียว แต่แมงมุมมักขึ้นบอลลูนหลายเส้น สิ่งนี้อาจเปลี่ยนกระบวนการบอลลูนเนื่องจากแรงผลักไฟฟ้าสถิตระหว่างเกลียวอาจส่งผลต่อรูปร่างและการกระจาย ส่งผลกระทบต่อวิธีที่พวกมันโต้ตอบและเคลื่อนที่ผ่านอากาศ
เพื่อจัดการกับข้อกังวลเหล่านี้ Habchi และ Jawed
ใช้อัลกอริธึมกราฟิกคอมพิวเตอร์ที่เรียกว่า “แท่งยืดหยุ่นแบบไม่ต่อเนื่อง” เพื่อจำลองการพองตัวของแมงมุมเนื่องจากแรงไฟฟ้าสถิต แบบจำลองเชิงตัวเลข 3 มิติของพวกมันสร้างแบบจำลองหลายเธรดบนแมงมุมตัวเดียวและพิจารณาถึงแรงหนืด น้ำหนักและขนาดของเส้นด้ายและสไปเดอร์ แรงยกของไฟฟ้าสถิตและแรงผลัก และแรงดัดงอยืดหยุ่นของเกลียว
Habchi บอกPhysics Worldว่าในช่วงเริ่มต้นของการจำลองแมงมุมอยู่บนพื้นดินและเส้นไหมอยู่ในแนวตั้ง เมื่อแมงมุมลอยขึ้น รูปร่างของเส้นไหมจะเปลี่ยนไปตามกาลเวลาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตระหว่างสนามไฟฟ้าของโลกกับประจุบนเส้นด้าย และแรงอุทกพลศาสตร์ที่กระทำบนเส้นด้ายทางอากาศ “นอกจากนี้ เราเน้นถึงความสำคัญของแรงผลักของคูลอมบ์ในการหลีกเลี่ยงการพันกัน – ไหมจะขับไล่กัน ดังนั้นจึงไม่พันกัน” ฮับชีอธิบาย
ปฏิกิริยาที่แตกต่างกันเหล่านี้ โดยเฉพาะแรงผลัก ทำให้เกลียวงอและกางออก รวมกันเป็นรูปทรง 3 มิติที่มีลักษณะคล้ายกรวยคว่ำ แรงต้านที่เกิดจากรูปทรงกรวยนี้จะต้านแรงยกของไฟฟ้าสถิตและกำหนดความเร็วปลายของแมงมุม แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าความเร็วของบอลลูนปลายลดลงตามแรงยก
นักวิจัยได้จำลองการจำลองด้วยการกระจายประจุที่สม่ำเสมอตามเส้นไหม และด้วยประจุไฟฟ้าที่ปลายด้าย ผลลัพธ์มีความคล้ายคลึงกันสำหรับทั้งคู่ ทำไมแมงมุมที่โรยตัวไม่หมุนออกจากการควบคุม
เราแสดงให้เห็นว่าแมงมุมตัวเล็ก ๆ สามารถใช้สนามไฟฟ้า
ของโลกเพื่อขึ้นบอลลูนได้โดยไม่ต้องใช้กระแสความร้อนหรือลมที่สูงขึ้น” ฮับชีกล่าว “อย่างไรก็ตาม แมงมุมตัวใหญ่ไม่สามารถขึ้นบอลลูนได้เพียงเพราะประจุไฟฟ้าและต้องการกระแสลมหรือกระแสความร้อน” เขาเสริมว่าข้อมูลเชิงสังเกตการณ์จากแมงมุมที่กำลังบิน ในขณะที่การวัดประจุในบรรยากาศ ลม และปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ จะเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจกระบวนการนี้
ความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการบานของแมงมุมก็อาจมีการประยุกต์ใช้ไบโอมิเมทิกส์ได้เช่นกัน Habchi บอกกับ Physics Worldว่า “ความเข้าใจเกี่ยวกับการขึ้นบอลลูนของแมงมุมจะเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบเซ็นเซอร์บอลลูนโดยอาศัยแนวคิดที่คล้ายกันในการสำรวจคุณสมบัติของชั้นบรรยากาศของโลก”
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากในเทคโนโลยีการถ่ายภาพสมอง ทำให้นักประสาทวิทยาสามารถสำรวจและตรวจสอบว่าสมองของเราทำงานอย่างไรในรายละเอียดมากกว่าที่เคยเป็นมา อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน เทคโนโลยีเหล่านี้ยังคงอยู่ในห้องปฏิบัติการ โดยมีการทดลองควบคุมที่ออกแบบมาเพื่อตรวจสอบการทำงานเฉพาะ นักวิจัยจากKernelซึ่งเป็นบริษัทด้านเทคโนโลยีประสาทในสหรัฐฯ หวังว่าจะเปลี่ยนแปลงสิ่งนี้ โดยปราศจากการสร้างภาพสมองจากห้องปฏิบัติการ และนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน เมื่อต้นปีนี้ นักวิจัย Kernel ได้แนะนำอุปกรณ์ใหม่ของพวกเขา “Kernel Flow” ในJournal of Biomedical Optics
Kernel Flow สร้างขึ้นจากเทคนิคการสร้างภาพสมองของสเปกโทรสโกปีอินฟราเรดใกล้ที่ทำงานในโดเมนเวลา (TD-fNIRS) fNIRS ใช้แสงในสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงการดูดกลืนแสงโดยฮีโมโกลบินในเลือดที่ไหลเวียนในสมอง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับการทำงานของสมองได้ เนื่องจากความเข้มข้นของฮีโมโกลบินเปลี่ยนแปลงไปในบริเวณที่ทำงานของสมอง เนื่องจากต้องใช้ออกซิเจนในการขับเคลื่อนกิจกรรมนี้ แม้ว่า TD-fNIRS จะไม่ใช่เทคนิคใหม่ แต่ระบบก่อนหน้านี้ประสบปัญหาจากหมายเลขช่องสัญญาณต่ำและความถี่สุ่มตัวอย่างช้า ซึ่งจำกัดอรรถประโยชน์ในด้านการสร้างภาพประสาท
นักวิจัยที่ Kernel ได้ออกแบบชุดหูฟังแบบปรับได้ซึ่งประกอบด้วยโมดูล 52 โมดูลที่จัดวางบนแผ่นสี่แผ่นที่ด้านข้างของศีรษะเพื่อให้ครอบคลุมทั่วทั้งพื้นผิวของสมอง แต่ละโมดูลประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ล้อมรอบด้วยเครื่องตรวจจับโฟโตไดโอด 6 ตัวที่จัดเรียงแบบหกเหลี่ยม ซึ่งสามารถตรวจจับโฟตอนได้มากกว่าหนึ่งพันล้านโฟตอนต่อวินาที เลเซอร์สองตัวภายในแหล่งกำเนิดแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน (690 และ 850 นาโนเมตร) ซึ่งพุ่งตรงไปยังสมองผ่านพื้นผิวของหนังศีรษะ บาคาร่าเว็บตรง
