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음파에 반응하여 떠다니는 입자를 조립하는 실험은 외부의 힘에 반응하여 생동감 있는 행동이 나타나는 모습을 연구하기 위한 새로운 뼈대를 제공했다. 버클리 국립 연구소 연구팀은 글리세린-물 용액 위에 떠다니는 입자가 컴퓨터 스피커에서 나오는 음향파에 반응하여 어떻게 동기화되는지를 보여주었다. 이 연구는 에너지 소멸에 대한 근본적인 문제를 해결하고, 생물 및 비 생물 시스템이 열역학적 평형을 벗어났을 때 환경에 적응하는 방법을 설명하는데 도움이 될 수 있다. 자기 조립은 물리학 뿐만 아니라, 살아있는 세계에서도 중요하지만, 이에 대한 기본 원칙은 부분적으로만 이해된다. 이 연구는 이러한 현상을 연구하고 이해할 수 있는 간단하면서도 우아한 플랫폼을 제공한다. 어떤 물리학자들은 이를 기술하기 위해서 끊임없이 변화하고 진화할 수 있는 비평형 상태를 연구하였다. 이는 생물학적 시스템, 세포에서 생태계, 날씨 또는 기후 패턴과 같은 특정 비생물학적 시스템에 적용된다. 비평형 시스템을 연구하면 삶, 특히 지적 생명이 어떻게 생겨나는지를 조금 더 가깝게 이해할 수 있다. 그러나, 비평형 시스템이 개방 시스템이기 때문에 연구가 복잡하고 어렵다. 개별적으로 입자가 에너지를 소멸시킴으로써 평형 상태에서 멀리 스스로를 구성할 수 있고 환경에 역동적으로 적응하는 집단적 특성을 나타낼 수 있다. 이 경우, 입자들은 컴퓨터 스피커에서 생성된 음파의 비트를 따른다. 연구팀은 의도적으로 입자 실험을 끝내면, 조각들은 재구성되어 자기 치유력을 보여준다. 이 연구로 소리와 빛의 파장에 반응하는 적응형 위장 또는 외부 제어 드라이브의 요구에 따라 특성이 쓰여지는 빈 슬레이트 재질과 같은 다양한 스마트 응용 프로그램을 사용할 수 있다. 이전 연구에서 입자가 외부 힘에 반응하여 자기 조립이 가능하다는 것을 보여 주었지만, 이 연구는 비평형 시스템에서 적응 메커니즘을 연구하는데 필요한 일반적인 틀을 제시한다. 또한, 이 연구는 입자가 어떻게 행동하는지 예측할 수 있다. 음파가 4 kHz의 주파수에서 이동함에 따라, 산란 입자는 분당 약 1 센티미터로 움직인다. 10 분 안에 입자들 사이의 거리가 비균일한 입자의 집합 패턴으로 나타난다. 자체 조립된 입자는 음향파가 통과할 수 없는 주파수 범위인 포토닉 밴드갭을 보인다. 실험을 간단히 설명하면, 도파로의 경우 글리세린 수용액 5 밀리미터 풀을 포함하는 2 미터 길이의 아크릴관을 사용했다. 입자는 평평한 플라스틱 조각 위에 떠있는 빨대로 만들어졌고, 음원은 플라스틱 깔때기를 통해 컴퓨터 스피커에서 나왔다. 이 실험은 방음 처리가 더 쉽기 때문에 음향파에 초점을 맞추었지만, 관찰된 행동의 기본 원리는 모든 파 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 연구는 지능형 의사 결정을 수행하는 시스템에 대한 간단한 알고리즘이 아닌 계산을 수행하는 지능형 네트워크를 개발하기 위한 기초를 형성할 수 있다. |
