如果你曾經(jīng)在池塘里露營過，你會知道青蛙在晚上會發(fā)出叫聲。但是你可能不知道的是他們的合唱是如何運作的，是如何標準化的。青蛙通過聲音交流，這是它們騷動中的一個內(nèi)部協(xié)調(diào)系統(tǒng)，讓信息傳遞得更清楚，同時讓集體合唱和休息的時間。大阪大學和筑波大學的研究人員試圖利用這一兩棲的敏銳數(shù)學和技術(shù)目標。
研究小組研究了雄性樹蛙在不同時間間隔的叫聲模式。為此，他們把三只青蛙放在籠子里，記錄它們的聲音互動。他們發(fā)現(xiàn)青蛙避免了重疊的呱呱叫聲，并在呼喚和沉默之間集體轉(zhuǎn)換。研究人員隨后創(chuàng)建了一個數(shù)學模型，使青蛙聲學教學適應技術(shù)優(yōu)勢，因為這些模型類似于網(wǎng)絡中的模型。研究結(jié)果發(fā)表在皇家學會的《開放科學》雜志上。
“我們發(fā)現(xiàn)相鄰的青蛙在時間上避免了重疊，這使得聽到清晰的個體聲音路徑成為可能，”該研究的合著者Daichi Kominami解釋道。“同樣，傳感器網(wǎng)絡中的相鄰節(jié)點需要交替的數(shù)據(jù)傳輸時間，因此數(shù)據(jù)包不會發(fā)生沖突?！?
在觀察到的青蛙三重奏中，也有集體沉默和合唱交替的時期。避免重疊是一致的(確定性的)，而后面的組調(diào)用更多樣化(隨機的)。這種模式的另一個用途是如何巧妙地讓青蛙休息，這需要大量的能量。
研究人員隨后開發(fā)了一個數(shù)學模型，該模型結(jié)合了青蛙的主要交互模式，并將其調(diào)整為基于階段的格式，可用于技術(shù)手段。
主要作者伊基相原說：“我們以一種明確的方式模擬了召喚和沉默。”同時，以隨機方式模擬它們之間的過渡。這些模型定性地再現(xiàn)了實際青蛙的呼叫模式，然后幫助設計自主分布式通信系統(tǒng)。"
這個系統(tǒng)必須巧妙地調(diào)節(jié)給予、索取、活動和休息。因此，作為研究的第三部分，研究人員使用該模型來管理無線傳感器網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流。這些網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，因為它們分散的傳感器節(jié)點測量和傳達不同的環(huán)境特征。然后，通過復雜的協(xié)調(diào)，收集的數(shù)據(jù)被饋送到中央系統(tǒng)。
他們發(fā)現(xiàn)短時間尺度的交替在避免包沖突方面特別有效。同時，長期循環(huán)和集體轉(zhuǎn)型為調(diào)控能源消費提供了希望。
“這項研究有雙重好處，”合著者村田正樹(Masurauki Murata)說?！斑@將有助于了解更多青蛙合唱團的生物學知識，提高無線傳感器網(wǎng)絡的技術(shù)效率?！?
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