Математики расшифровали геометрию жизни

Математики показывают, что в мире природы широко распространены формы "мягких ячеек". Мягкие ячейки описываются как натуральные плитки с изогнутыми краями, что резко контрастирует с математическими решениями для создания форм плитки.

Математики расшифровали геометрию жизни

Исследователи продемонстрировали, как теоретические математические концепции принимают реальные формы, обнаружив новый тип "мягких ячеек", который нашел широкое применение в природе.

Математики всегда интересовались изучением форм. Исследуя острые углы и множество точек, они веками стремились понять, как эти формы сочетаются между собой, создавая бесконечные возможности для укладки плитки. Однако уравнения, используемые для математического моделирования, с их жесткими линиями и острыми точками, обычно не совпадают с природными образцами.

Группа исследователей из Будапештского технологического университета сообщила о том, что они обнаружили новый класс форм плитки с изогнутыми краями, который они назвали "мягкими ячейками" и "z-ячейками". Эти формы, лишенные характерных углов традиционной математики, все же сочетаются друг с другом как в двух, так и в трех измерениях.

Авторы отмечает:

Основной задачей геометрии является разработка методов укладки пространства с использованием простых структур. Классические решения, такие как треугольники, квадраты и шестиугольники на плоскости, а также кубы и другие многогранные фигуры в трехмерном пространстве, имеют острые углы и плоские грани. Однако многие формы в природе характеризуются изогнутыми краями, не плоскими гранями и отсутствием острых углов, если они вообще присутствуют. Таким образом, важно связать классические острые формы с более мягкими естественными формами.

Исследователи считают, что они разрешили эту проблему с помощью "бесконечного класса многогранных мозаик", которые могут плавно превращаться в мягкие плитки, обычно ассоциируемые с точечными решетками как в двух, так и в трех измерениях.

Эти формы встречаются не только в искусстве, но и в биологии. При рассмотрении участков мышечной ткани мы видим, что клетки имеют всего два острых угла, на один меньше, чем у треугольника. Это совершенно особый вид мозаики.

В двух измерениях мягкие формы оболочек достаточно легко описать: они представляют собой "ячейки с изогнутыми границами, имеющими всего два угла", как указано в статье. В трех измерениях все сложнее, но цель остается той же: позволить объектам быть гибкими и минимизировать количество "острых углов". В трехмерном пространстве форма мягких ячеек может вообще не содержать углов.

В центральной части статьи показано, как морские раковины служат естественным примером формы. Известно, что раковины формируются из нескольких камер, и их рост, по-видимому, происходит по регулируемой схеме. Используя компьютерную томографию, исследователи обнаружили, что в трех измерениях раковина не содержит углов, хотя она выглядит иначе на двумерных изображениях. Это подтверждает, что морская раковина является отличным примером формы мягких ячеек и показывает, насколько далеко природа опережает наше понимание геометрии.

Читайте также

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Математики МФТИ ускорили проверку рельсов с помощью аналитических сеток

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Клетки крови 80-летнего превратили в нейронные стволовые клетки юноши

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Квантовое моделирование цезия выявило новый фазовый переход

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

Спорт смягчает симптомы депрессии у людей с высоким генетическим риском

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

ИИ выяснил, как нейроны гиппокампа кодируют смысл слов

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Учёные создали татуировки, которые можно включать, выключать и менять с помощью света

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Ученые ТПУ синтезировали 6 новых молекул против рака

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Планшет для выращивания человеческих тканей выпустила Mitsui Chemicals

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Французские супермаркеты массово пострадали от хакерской атаки

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Российские ученые создали гибкие мемристоры для умной одежды и медицинских имплантатов

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей

Прозрачная керамика позволит наблюдать за восстановлением тканей