In che modo la raganella giapponese figura nell'ultimo lavoro del noto matematico Steven Strogatz? Come risulta, abbastanza prominente.
"Avevamo letto di queste buffe rane che saltellano e gracchiano, " disse Strogatz, il professore di matematica applicata Jacob Gould Schurman. "Formano schemi nello spazio e nel tempo. Di solito si tratta di riproduzione. E in base a come l'altro ragazzo o ragazzi stanno gracchiando, non vogliono stare con un altro che sta gracchiando insieme a loro, perché si inceppano a vicenda."
Strogatz e Kevin O'Keeffe, dottorato di ricerca '17, usarono il curioso rituale di accoppiamento dei maschi di raganella giapponese come ispirazione per la loro esplorazione di "swarmalators" - il loro termine per i sistemi in cui sia la sincronizzazione che lo sciame si verificano insieme.
Nello specifico, hanno considerato oscillatori le cui dinamiche di fase e dinamiche spaziali sono accoppiate. Nel caso delle raganelle maschili, tentano di gracchiare in esatta antifase (uno gracchia mentre l'altro tace) allontanandosi da un rivale per essere ascoltati dalle femmine.
Questo apre "una nuova classe di problemi di matematica, " disse Strogatz, un membro presidenziale di Stephen H. Weiss. "La domanda è, cosa ci aspettiamo di vedere quando le persone iniziano a costruire sistemi come questo o ad osservarli in biologia?"
La loro carta, "Oscillatori che si sincronizzano e sciamano, " è stato pubblicato il 13 novembre in Comunicazioni sulla natura . Strogatz e O'Keeffe - ora ricercatore post-dottorato con il Senseable City Lab presso il Massachusetts Institute of Technology - hanno collaborato con Hyunsuk Hong della Chonbuk National University di Jeonju, Corea del Sud.
Lo sciame e la sincronizzazione coinvolgono entrambi grandi, gruppi auto-organizzati di individui che interagiscono secondo regole semplici, ma raramente sono stati studiati insieme, ha detto O'Keeffe.
"Nessuno aveva collegato queste due aree, nonostante il fatto che ci fossero tutti questi paralleli, " ha detto. "Quella era l'idea teorica che in qualche modo ci ha sedotto, Credo. E c'erano anche un paio di esempi concreti, che ci è piaciuto - comprese le raganelle."
Gli studi sugli sciami si concentrano su come si muovono gli animali - si pensi agli uccelli che si accalcano o al branco dei pesci - trascurando le dinamiche dei loro stati interni. Gli studi sulla sincronizzazione fanno il contrario:si concentrano sulla dinamica interna degli oscillatori. Strogatz è stato a lungo affascinato dalla sincronia delle lucciole e da altri fenomeni simili, tenendo un TED Talk sull'argomento nel 2004, ma non sul loro movimento.
"[Swarming e sincronizzazione] sono così simili, eppure non sono mai stati collegati tra loro, e sembra così ovvio, "O'Keeffe ha detto. "È un panorama completamente nuovo di possibili comportamenti che non era stato esplorato prima".
Usando una coppia di equazioni governative che presuppongono che gli sciamatori siano liberi di muoversi, insieme a simulazioni numeriche, il gruppo ha scoperto che un sistema di sciamatori si deposita in uno dei cinque stati:
Attraverso lo studio di modelli semplici, il gruppo ha scoperto che l'accoppiamento di "sync" e "swarm" porta a modelli ricchi sia nel tempo che nello spazio, e potrebbe portare a ulteriori studi sui sistemi che mostrano questo duplice comportamento.
"Questo apre molte domande per molte parti della scienza:ci sono molte cose da provare che la gente non aveva pensato di provare, " Strogatz ha detto. "È la scienza che apre le porte alla scienza. Sta inaugurando la scienza, piuttosto che la scienza culminante."
