Inženjerska intuicija često govori da sistem najbolje radi kada su svi njegovi delovi što sličniji, pravilnije raspoređeni i jednako opterećeni. Nova matematička analiza pokazuje da potpuna ujednačenost ponekad ima suprotan efekat. Mreža sastavljena od identičnih komponenti može biti osetljivija, dok pažljivo uvedene razlike povećavaju njenu stabilnost.
Takav rezultat odnosi se na mnogo više od jedne vrste uređaja. Električne mreže, neuronske veze, ekosistemi, metamaterijali i drugi složeni sistemi sastoje se od velikog broja delova koji međusobno utiču jedni na druge. Promena jednog elementa može da se proširi kroz čitavu mrežu.
U teorijskim modelima često se pretpostavlja da su čvorovi ili veze identični. Time se jednačine pojednostavljuju i postaju pogodnije za analizu. Međutim, električni generatori nemaju potpuno iste karakteristike, neuroni ne reaguju jednako, a vrste u prirodi imaju različite uloge i brzine razmnožavanja.
Fizičari Univerziteta Nortvestern razvili su okvir kojim se određuje kada heterogenost, asimetrija ili „nered“ povećavaju otpornost sistema. Rezultati pokazuju da različitosti mogu da spreče veliki broj delova da istovremeno reaguje na isti štetan način.
Zamislimo mrežu potpuno jednakih oscilatora. Ako spoljni poremećaj odgovara njihovoj prirodnoj frekvenciji, svi mogu da uđu u neželjenu rezonancu. Ako se njihove osobine neznatno razlikuju, reakcije se raspoređuju u vremenu i prostoru, pa poremećaj teže preuzima čitav sistem.
Sličan princip može važiti u elektroenergetskoj mreži. Potpuno ujednačene komponente mogu sinhronizovano da izgube stabilnost posle određenog udara. Razlike u parametrima pojedinih generatora ili veza mogu da razbiju taj zajednički obrazac i spreče lančani kvar.
Nije, međutim, svaki nered koristan. Prevelike razlike mogu stvoriti slabe tačke, sprečiti koordinaciju ili učiniti sistem nepredvidivim. Suština rada objavljenog u časopisu „Science“ jeste određivanje područja u kojem heterogenost poboljšava stabilnost umesto da je narušava.
Istraživači su pokazali da čak i nasumično uvedene razlike u pojedinim slučajevima daju bolji rezultat od savršene uniformnosti. Još bolje rezultate može doneti optimizovana raspodela, pri kojoj se tačno bira koji delovi treba da se razlikuju i u kojoj meri.
To menja način razmišljanja o grešci u proizvodnji. Odstupanje od prosečne vrednosti često se automatski tretira kao mana koju treba ukloniti. Novi model ukazuje da bi određena odstupanja mogla namerno da budu ugrađena u materijale, mehaničke strukture ili komunikacione mreže.
U ekologiji raznovrsnost vrsta i njihovih reakcija može zaštititi sistem od naglog kolapsa. Ako sve vrste zavise od istog izvora hrane ili jednako reaguju na temperaturu, jedan poremećaj pogađa ih istovremeno. Kada imaju različite uloge, deo ekosistema može da nastavi da funkcioniše.
Slično objašnjenje može da se primeni na mozak. Neuroni se razlikuju po obliku, pragu aktivacije i obrascima povezivanja. Ono što izgleda kao biološka neurednost možda je deo sistema koji sprečava nekontrolisanu sinhronizaciju i omogućava fleksibilniju obradu informacija.
Tim je napravio i interaktivni prikaz u kojem se promenom parametara može pratiti kako se čvorovi sinhronizuju, razdvajaju i obrazuju nove obrasce. Takvi alati mogu pomoći inženjerima da pre izgradnje provere koliko „nesavršenosti“ treba uvesti.
Otkriće ne poručuje da preciznost više nije važna. Ono pokazuje da precizno projektovanje ne mora značiti pravljenje identičnih delova. U pojedinim složenim sistemima najbolji rezultat može nastati upravo kada su razlike namerne, izmerene i raspoređene na pravim mestima.
S.B.
