حل معادله پیچیده توصیف ریاضی شکل تخم مرغ/ پاسخ محققان به یک دغدغه مزمن!

به گزارش خبرنگار گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا، پرندگان برخلاف پستانداران تخم‌گذار هستند. تخم ‌مرغ سلول تخمک مرغ است و معمولاً به شکل بیضی است. هر چند هدف از تخم‌گذاری در پرندگان تولید مثل است، ‌ اما تخم مرغ به عنوان یکی از منابع غذایی اصلی انسان شناخته می شود. پروسه تولید تخم مرغ حدود یک شبانه‌روز طول می کشد، به همین علت مرغ می‌تواند روزانه تنها یک تخم بگذارد.

شکل هندسی تخم مرغ همیشه مورد توجه محققان بوده است. حال آنها یک فرمول ریاضی عام کشف کرده‌اند که می‌تواند هر تخم مرغ موجود در طبیعت را توصیف کند. این گامی مهم در درک نه تنها شکل تخم مرغ بلکه نحوه و چگونگی تکامل آن است. این کشف تازه کاربردهای بیولوژیکی و تکنولوژیکی گسترده‌ای را ممکن می‌سازد.

کشف یک فرمول ریاضی عام

محققان دانشگاه کِنت و مؤسسه تحقیقات درمان محیط زیست، یک فرمول ریاضی عام را کشف کرده‌اند که سرانجام می‌توان تخم مرغ‌های موجود در طبیعت را از طریق آن به صورت ریاضی توصیف کرد، امری که هر چند ساده به نظر می‌رسد اما تاکنون دانشمندان در انجام آن ناموفق بوده‌اند.

بیشتر بخوانید:

جوجه‌ها چگونه در تخم نفس می‌کشند؟

روبات هوشمندی که جوجه‌ها را جداسازی می‌کند+ فیلم

شکل تخم مرغ از دیرباز توجه ریاضیدانان، مهندسان و زیست‌شناسان را از نظر تحلیلی به خود جلب کرده است. این شکل در درجه اول به این دلیل مهم است که در تکامل خود به اندازه کافی بزرگ است تا جنین جوجه در آن شکل بگیرد و همچنین به اندازه کافی کوچک است تا از بدن پرنده به بهترین نحو خارج شود همچنین از نظر ساختاری آنقدر قوی است که وزن خود را تحمل کند. از این بابت بسیاری از کارشناسان شکل تخم مرغ را مناسب‌ترین شکل ممکن می‌دانند.

در تجزیه‌وتحلیل تمام اشکال تخم مرغ از چهار شکل هندسی استفاده شده است: کروی، بیضی، بیضی با نوک تیز و پیرایمور (مخروطی شکل یا گلابی شکل).

دانشمندان برای حل این مسئله، یک تابع دیگر را به فرمول تخم مرغ اضافه کردند تا به یک مدل ریاضی متناسب با شکل هندسی متغیر آن برسند. بدین طریق با تغییر پارامتر این تابع جدید، ‌ فرمول هم منطبق با اندازه تخم مرغ خواهد شد.

فرمولی مبتنی بر چهار متغیر

فرمول ریاضی عام جدید برای محاسبه شکل تخم مرغ بر اساس چهار پارامتر است: طول تخم مرغ، حداکثر عرض، متغیر محور عمودی و قطر یک چهارم طول تخم.

این فرمول گامی مهم در درک شکل تخم مرغ و نحوه و چرایی تکامل آن به شمار می‌آید، بنابراین کاربردهای بیولوژیکی و حتی تکنولوژیکی گسترده‌ای را برایمان ممکن می‌سازد.

توصیفات ریاضی همه اشکال اولیه تخم مرغ قبلاً در تحقیقات غذایی، مهندسی مکانیک، کشاورزی، علوم زیستی، معماری و هوانوردی کاربرد داشته است. به عنوان مثال این فرمول را می‌توان برای مهندسی ساخت ظروف نازک دیواره‌ای شکل تخم مرغ که باید قوی‌تر از نمونه‌های کروی معمولی باشد به کار برد.

مایکل رومانوف(Michael Romanov)، پژوهشگر مهمان در دانشگاه کنت می‌گوید: «این معادله ریاضی بر هماهنگی فلسفی خاصی بین ریاضیات و زیست شناسی تأکید دارد.»

کاربردهای فرمول جدید

این فرمول جدید یک پیشرفت مهم محسوب می‌شود و کاربردهای گوناگونی دارد:

اکنون که تخم مرغ از طریق فرمول ریاضی قابل توصیف است، شرح علمی مناسب یک شیء بیولوژیکی حاصل شده است. بدین طریق، کار در زمینه‌های سیستماتیک بیولوژیکی، بهینه‌سازی پارامترهای فناوری، جوجه‌کشی تخم مرغ و انتخاب طیور بسیار ساده خواهد شد.

در تجزیه‌وتحلیل تمام اشکال تخم مرغ از چهار شکل هندسی استفاده شده است: کروی، بیضی، بیضی با نوک تیز و پیرایمور (مخروطی شکل یا گلابی شکل). دانشمندان برای حل این مسئله، یک تابع دیگر را به فرمول تخم مرغ اضافه کردند تا به یک مدل ریاضی متناسب با شکل هندسی متغیر آن برسند. بدین طریق با تغییر پارامتر این تابع جدید، ‌ فرمول هم منطبق با اندازه تخم مرغ خواهد شد.

تعیین دقیق و ساده ویژگی‌های فیزیکی یک جسم بیولوژیکی. شناخت خواص خارجی تخم مرغ برای محققان و مهندسانی که فناوری‌هایی را برای پردازش، ذخیره‌سازی و مرتب‌سازی توسعه می‌دهند حیاتی است. با استفاده از حجم تخم مرغ، سطح، شعاع انحنا، فرآیند طبقه‌بندی تخم مرغ ساده خواهد شد.

مهندسی با الهام از زیست‌شناسی تخم مرغ. هر چند شاید طنز به نظر برسد، ‌تخم مرغ یک سیستم بیولوژیکی طبیعی است که برای طراحی سیستم‌های مهندسی و فناوری‌های پیشرفته قابل پیاده‌سازی است. شکل هندسی تخم مرغ در معماری، مانند سقف شهرداری لندن قابل الگوبرداری است زیرا می‌تواند حداکثر بارها را با حداقل مصرف مصالح تحمل کند و این فرمول اکنون به راحتی قابل اعمال در هر جایی است.

بیشتر بخوانید:

تخم‌مرغ گیاهی تولید می‌شود

روبات اُملت‌زن هم از راه رسید+ فیلم

دارن گریفین(Darren Griffin)، استاد ژنتیک در دانشگاه کنت و نویسنده این تحقیق می‌گوید: «فرآیندهای تکاملی بیولوژیکی مانند تشکیل تخم باید از طریق ریاضی قابل توصیف باشد تا به عنوان مبنایی برای تحقیقات در زیست‌شناسی تکاملی مورد بررسی قرار گیرد، همانطور که با این فرمول این دستاورد حاصل شده است. فرمول را می‌توان در رشته‌های پایه، به ویژه صنایع غذایی و طیور مورد استفاده قرار داد.»

والری ناروشین(Valeriy Narushin) محقق دانشگاه کنت می‌گوید: «ما مشتاقانه منتظر استفاده از این فرمول در صنایع، از هنر و فناوری گرفته تا معماری و کشاورزی هستیم. این پیشرفت نشان می‌دهد که چرا چنین تحقیقات مشارکتی از رشته‌های مجزا ضروری است.»

مقاله «تخم مرغ و ریاضیات: معرفی یک فرمول عام برای شکل تخم مرغ» در نشریه Annals of the Academy of Science نیویورک منتشر شده است.

انتهای پیام/۴۱۶۰