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完美并不总是稳定的最佳秘诀，尤其是在电网、生态系统和先进材料等复杂系统中。 多年来，研究人员经常假设，当各个部分的行为尽可能相似时，网络应该更可靠地工作。然而，真正的系统很少像看起来那么简单。能量发生器不同，神经元的形状和行为不同，物种在生态系统中扮演不同的角色，设计材料中的成分并不总是完全相同。 西北大学的物理学家现在表示，这些差异有时可能是一种优势，而不是一种劣势。 为什么杂乱可以提高弹性 在一项新研究中，研究人员开发了一个数学框架，以确定科学家通常描述的混乱变化如何真正使网络更具弹性。他们的结果表明，当许多物理、工程和生物系统的组件或它们之间的连接不相同时，它们可以变得更有弹性。 这一发现支持了统一性应该始终是目标的观点。相反，仔细整合系统中的差异可以帮助工程师设计可持续的电网、建筑材料和其他相关技术。这项工作还可以解释为什么紊乱在自然系统中如此普遍，包括神经、生物和生态网络。 该研究发表在9月17日的期刊上 科学。研究人员还开发了一个网站，允许用户直观地探索该框架。通过调整各种参数，用户可以查看交互、协调和形成有组织模式的网络组件。 “之前的研究发现，在越来越多的案例中，网络节点的无序性（也称为同质性、不规则性或不对称性）可以提高稳定性和期望的行为，”这项工作的领导者阿迪尔森·莫特（Adilson Motter）说。 “我们已经在重要的现实世界系统中看到了这一点，包括电网、超材料和脑计算。但我们不知道这种效应有多广泛，以及哪些类型的系统可以从中受益。我们的新研究回答了这些问题，解释了为什么这些差异可以提高稳定性，甚至揭示了为什么科学家长期以来忽视了这种效应。” 查尔斯·E·莫特.艾玛·H·莫里森（Emma H. Morrison）是西北大学温伯格艺术与科学学院的物理学和天文学教授，也是网络动力学中心主任。西北大学博士后研究员阿瑟·蒙塔纳里（Arthur Montanari）和研究生彼得罗·扎宁（Pietro Zanin）都是莫特小组的成员，是这项研究的共同第一作者。 为什么旧的网络模型失去了影响力 许多互连系统只有能够从中断中恢复才能生存。强烈的风暴可以驱散牛群。电力需求的突然增加可能会给电网带来压力。冲击会使材料变形。 科学家通常将这些系统表示为由称为节点的各个组件组成的网络，这些组件通过链路连接。在电网中，发电机充当节点，输电线路形成它们之间的链接。在生态网络中，物种是节点，而它们之间的关系（竞争、合作和捕食）则形成链接。 传统上，研究人员将大量注意力集中在这些节点如何连接上。许多研究还依赖于简化的数学模型，包括广泛使用的 Kuramoto 模型，该模型仅用一个变量表示每个节点。 这些简单化的方法产生了有价值的见解，但它们可能遗漏了现实世界系统中发现的重要行为，其中各个组件及其交互要复杂得多。 “真实的系统很少是相同的，”蒙塔纳里说。 “鸟类的性格不同，神经元的形状不同，甚至我们的社会关系也可能是不对称的。这些差异可能看起来是随机的，但它们可以影响整个系统的行为。” […]