Новаторская математическая формула прокладывает путь к захватывающим достижениям в области здравоохранения, энергетики и пищевой промышленности

Было обнаружено новаторское математическое уравнение, которое в будущем может преобразовать медицинские процедуры, добычу природного газа и производство пластиковой упаковки.


Новое уравнение, разработанное учеными из Бристольского университета, показывает, что диффузионное движение через проницаемый материал впервые может быть точно смоделировано. Это произошло через столетие после того, как ведущие мировые физики Альберт Эйнштейн и Мариан фон Смолуховски вывели первое уравнение диффузии, и знаменует собой важный прогресс в представлении движения для широкого круга объектов, от микроскопических частиц и природных организмов до устройств, созданных человеком.

До сих пор ученым, изучающим движение частиц через пористые материалы, такие как биологические ткани, полимеры, различные породы и губки, приходилось полагаться на приближения или неполные перспективы.

Выводы, опубликованные сегодня в журнале Исследование физического обзораобеспечивают новую технику, предоставляющую захватывающие возможности в различных условиях, включая ение, етику и пищевую ость.

Ведущий автор Тоби Кей, который заканчивает докторскую степень в области инженерной математики, сказал: «Это знаменует собой фундаментальный шаг вперед после исследований Эйнштейна и Смолуховского по диффузии. соединения с окружающей средой обитания.

«Ранее математические попытки представить движение в средах, разбросанных по объектам, препятствующим движению, известным как проницаемые барьеры, были ограничены. животных, клеточных организмов и человека».

Творчество в математике принимает разные формы, и одна из них — связь между разными уровнями описания явления. В этом случае, представив случайное движение в микроскопическом виде, а затем уменьшив масштаб, чтобы описать процесс макроскопически, можно было найти новое уравнение.

Необходимы дальнейшие исследования, чтобы применить этот математический инструмент к экспериментальным приложениям, которые могли бы улучшить продукты и услуги. Например, возможность точного моделирования диффузии молекул воды через биологические ткани улучшит интерпретацию показаний диффузионно-взвешенной МРТ (магнитно-резонансной томографии). Это также может дать более точное представление о распространении воздуха через упаковочные материалы для пищевых продуктов, помогая определить срок годности и риск загрязнения. Кроме того, количественная оценка поведения кормящихся животных, взаимодействующих с макроскопическими барьерами, такими как заборы и дороги, может дать более точные прогнозы последствий изменения климата в целях сохранения.

Использование геолокаторов, мобильных телефонов и других датчиков привело к тому, что за последние 20 лет революция в отслеживании генерировала данные о перемещениях, количество и качество которых постоянно росло. Это высветило потребность в более сложных инструментах моделирования для представления движения разнообразных объектов в их среде, от естественных организмов до устройств, созданных человеком.