Nonlocal interaction equations and applications to collective motion of individuals

非局部相互作用方程及其在个体集体运动中的应用

基本信息

  • 批准号:
    1109805
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 10.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-06-01 至 2014-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nonlocal interaction equations are continuum models for large systems of particles where every particle can interact not only with its immediate neighbors but also with particles far away. In biology, they arise as model for the movement of large swarms of individuals (insects, bacteria, birds, fish, etc...). The research will involve rigorous analysis of nonlinear partial differential equations, numerical simulations, and modeling. More specifically the following problems will be investigated: 1) Study of the formation of singularities and the formation of patterns in nonlocal interaction equations. 2) Study of nonlocal interaction equations in a domain with boundaries and use of optimal transport techniques in order to study phenomena of mass concentration on the boundaries (such phenomena are observed, for example, in continuum models for swarms of locusts). 3) Modeling of the formation of "foraging trails'' in an ant colony.This project investigates equations describing the collective behavior of a large number of individuals, such as a swarm of insects, a flock of birds, a school of fish, or a colony of bacteria. Understanding basic rules of these swarming behaviors has potential for the design of flexible and robust algorithms for unmanned vehicles, with possible applications, for example, to the surveillance of hazardous areas. The equations investigated in this research also arise in various other contexts: evolution of vortex densities in superconductors, adhesion dynamics, simplified model for granular flow and orientational distribution of filaments in cells.
非定域相互作用方程是一种大系统的连续介质模型,其中每个粒子不仅可以与其近邻粒子相互作用,还可以与远处的粒子相互作用。在生物学中,它们是作为大群个体(昆虫、细菌、鸟类、鱼类等)运动的模型出现的。该研究将涉及非线性偏微分方程,数值模拟和建模的严格分析。更具体地说,将研究以下问题:1)研究非局部相互作用方程中奇点的形成和图案的形成。2)研究具有边界的区域中的非局部相互作用方程,并使用最佳迁移技术,以研究边界上的质量集中现象(例如,在蝗虫群的连续模型中观察到这种现象)。3)蚁群中“觅食轨迹”形成的建模。本项目研究描述大量个体的集体行为的方程,例如一群昆虫,一群鸟,一群鱼或一群细菌。了解这些群集行为的基本规则有可能为无人驾驶车辆设计灵活而强大的算法,并可能应用于危险区域的监视。在这项研究中研究的方程也出现在各种其他情况下:超导体中的涡旋密度的演变,粘附动力学,简化模型的颗粒流和取向分布的细丝细胞。

项目成果

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