Ուորիկի համալսարանի բրիտանացի ֆիզիկոսը մշակել է աշխարհում առաջին պարզ և ունիվերսալ մեթոդը օդում նանոմասնիկների շարժման հաշվարկի համար՝ անկախ դրանց ձևից: Սա առաջընթաց է. մինչ այժմ մոդելները աշխատում էին միայն գնդաձև մասնիկներով՝ խեղաթյուրելով իրականությունը: Նոր բանաձևը, հրապարակված Journal of Fluid Mechanics (JFM) ամսագրում, թույլ կտա ավելի ճշգրիտ կանխատեսել վիրուսների, մրի, միկրոպլաստիկի և նույնիսկ դեղամիջոցների տարածումը թոքերում:

Ինչո՞ւ հին մոդելները չէին աշխատում. գնդաձևությունը իրականություն չէ

Ամեն օր մենք ներշնչում ենք միլիարդավոր նանոմասնիկներ.

  • Մուր արտանետումներից:
  • Միկրոպլաստիկ հագուստից և փաթեթավորումից:
  • Վիրուսներ և բակտերիաներ:
  • Փոշի, հրաբխային մոխիր, սինթետիկ նանոնյութեր:

100 նմ-ից փոքր մասնիկները ներթափանցում են ալվեոլներ, ընկնում արյան մեջ և բարձրացնում ռիսկը.

  • ինֆարկտի (+20 % քրոնիկ ազդեցության դեպքում);
  • ինսուլտի;
  • թոքերի քաղցկեղի;
  • աստմայի և ալերգիայի:

Խնդիրը. մասնիկների 99%-ը ոչ գնդաձև են: Սրանք սկավառակներ, ձողիկներ, թեփուկներ, կլաստերներ: Իսկ դասական հավասարումները (Սթոքսի, Կաննինգհեմի, 1900–1920 թթ.) հաշվարկված են միայն իդեալական գնդերի համար: → Սխալներ հաշվարկներում. մինչև 300 % նստման արագությամբ և տեղափոխմամբ:

«Մենք մոդելավորում էինք օդը, կարծես թե դրանում թռչում են միայն բիլիարդի գնդակներ: Իսկ իրականում՝ խորանարդներ, թիթեղներ, թելեր», — բացատրում է պրոֆեսոր Դունկան Լոքերբին:

Նոր բանաձևը. մեկ գործակից՝ ցանկացած ձևի համար

Լոքերբին վերանայել է Կաննինգհեմի ուղղումը (1910 թ.)՝ գործակից, որը հաշվի է առնում մասնիկների «սահելը» գազում: Նա ներմուծել է ունիվերսալ երկրաչափական գործոն, որը կախված է միայն.

  • առանցքների հարաբերությունից (երկարություն/լայնություն);
  • հոսքում կողմնորոշումից:

Բանաձևը. Cc=1+λd⋅f(α,β) C_c = 1 + \frac{\lambda}{d} \cdot f(\alpha, \beta) Cc​=1+dλ​⋅f(α,β), որտեղ f(α,β) f(\alpha, \beta) f(α,β)-ը ձևի ֆունկցիա է (գնդաձև, սկավառակ, գլան, կլաստեր):

Արդյունքը.

  • Մեկ բանաձև՝ բոլոր ձևերի համար:
  • Ճշգրտություն. ±5 % (նախկինում ±300 %):
  • Հաշվարկ միլիվայրկյաններում՝ հարմար իրական ժամանակի համար:

Ստուգվել է.

  • գնդերի վրա (դասական);
  • սկավառակների (միկրոպլաստիկ);
  • ձողիկների (վիրուսներ);
  • թեփուկների (մուր) վրա:

Կիրառումը. մրից մինչև դեղամիջոցներ

Նոր մոդելն արդեն փոխում է գիտությունը և տեխնոլոգիաները.

Ոլորտ

Ի՞նչ է տալիս ճշգրիտ հաշվարկը

Օդի աղտոտվածություն

Մոգի կանխատեսում քաղաքներում՝ մինչև փողոցի ճշգրտությամբ:

Վիրուսների տարածում

COVID, գրիպ, փոշի մոդելներ՝ որտեղ է նստում, որքան հեռու է թռչում:

Հրաբխային մոխիր

Ավիացիայի անվտանգ երթուղիներ:

Բժշկություն

Նանոդեղամիջոցների առաքում թոքերում՝ որտեղ է ընկնում ինհալյատորը:

Արդյունաբերություն

Ֆիլտրեր, նանոնյութեր, 3D-տպագրություն:

«Սա նման է 19-րդ դարի քարտեզից GPS-ի անցմանը: Մենք վերջապես տեսնում ենք մասնիկների իրական աշխարհը», — ասում է Լոքերբին:

Լաբորատորիայից դեպի կիրառումներ

  • 2026. ինտեգրացիա ECMWF և NASA GEOS մոդելներում:
  • 2027. խելացի ֆիլտրեր դիմակներում և կոնդիցիոներներում՝ AI-կանխատեսմամբ:
  • Բժշկություն. ինհալյատորներ «խելացի» դոզավորմամբ՝ դեղամիջոցը միայն թոքերի անհրաժեշտ գոտում:

Ուորիկի համալսարանն արդեն պատենտավորում է տեխնոլոգիան: Բանաձևի կոդը open-source է (GitHub, 2026):

Հակիրճ…

Ֆիզիկոս Դունկան Լոքերբին վերաշարադրել է Կաննինգհեմի հավասարումը. այժմ մեկ բանաձևը ճշգրիտ կանխատեսում է ցանկացած ձևի նանոմասնիկների շարժումը օդում: Սա կբարելավի մոգի, վիրուսների, դեղամիջոցների մոդելները և կփրկի միլիոնավոր կյանքեր: Առաջընթաց, որը սպասվում էր 100 տարի: