Pablo Javier PiacenteUn nuevo principio descubierto por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, en Estados Unidos, da cuenta de un orden existente en la materia activa que posibilita la interacción de pequeños robots de la misma forma que lo hacen las bandadas de pájaros al integrarse en vuelo. Los robots realizan simétricas y asombrosas coreografías que surgen espontáneamente.
Los físicos e ingenieros estadounidenses sostienen en su estudio que los sistemas de materia activa pueden ordenarse espontáneamente, sin necesidad de instrucciones externas o interacciones programadas.
De acuerdo a un comunicado, han demostrado este principio en múltiples sistemas, entre ellos un grupo de diminutos robots que cambian de forma periódicamente, comportándose como partículas inteligentes y activas.
Ya en el siglo XIX, la mecánica estadística buscaba predecir cómo los grupos de partículas simples cambian su estado entre el orden y el desorden. Un ejemplo claro es el momento en el cual una colección de átomos que están colisionando caóticamente al azar se “congela” y conforma una red cristalina absolutamente uniforme.
Los comportamientos colectivos que se pueden apreciar cuando las partículas se vuelven más complejas y logran moverse en forma independiente son aún más complejos de predecir. Estos sistemas, que pueden observarse en bandadas de aves o colonias de bacterias, por ejemplo, se definen bajo el concepto de «materia activa».
El orden imprevisto en la materia activa
En la investigación publicada en la revista Science, los especialistas explican que determinados tipos de materia activa encuentran espontáneamente estados de baja vibración, en los cuales lograr ordenar su natural dinámica caótica.
En un estado de vibración bajo, el sistema se reorganizará de forma aleatoria hasta encontrar patrones que respondan al estado alcanzado. Eso explica por qué, de un momento a otro, ciertos sistemas se reintegran y abandonan el caos.
Para comprobar su teoría, los científicos usaron tres pequeños robots, a los cuales encerraron en un anillo mientras aleteaban incesantemente. Observaron asombrados que los robots no se dedicaron a explorar el contenedor por completo con complejos movimientos, sino que se organizaron de manera independiente y espontánea en unos pocos bailes.
Por ejemplo, en uno de los bailes los tres robots se golpean los brazos en secuencia, describiendo una coreografía perfectamente simétrica. Los bailes se mantienen por un tiempo, pero luego súbitamente son reemplazados por otros que responden a un nuevo patrón.
Aplicaciones en distintos campos
Además de lograr comprobar su teoría, los investigadores creen que el principio descubierto en torno a la materia activa puede tener importantes aplicaciones prácticas. Por ejemplo, los patrones que realizan los enjambres de robots es un estado de vibración bajo pueden ser optimizados y modificados para hacer frente a necesidades específicas.
De esta manera, un grupo de pequeños robots podría ser “entrenado” para realizar determinados movimientos o acciones aprovechando la simetría de su interacción colectiva. Al mismo tiempo, el diseño de comportamientos grupales inteligentes y adaptativos también podría aplicarse en el campo de los metamateriales o la ingeniería biológica.
Los científicos indicaron que para las células vivas y los materiales novedosos el desafío estaría en comprender cómo un “enjambre” de átomos o proteínas es capaz de brindar nuevas propiedades o concretar avances en los sistemas.
En definitiva, descubrir en profundidad los principios ocultos en la materia activa significaría una forma práctica de aprovechar el orden, la simetría y la sinergia de los sistemas colectivos en múltiples áreas y aplicaciones.
Referencia
Low rattling: A predictive principle for self-organization in active collectives. Chvykov & Berrueta, et al. Science (2021).DOI:https://doi.org/10.1126/science.abc6182
Imagen:
Cuando pequeños robots interactúan en un espacio cerrado, tienden a formar bailes asombrosamente simétricos, cuya coreografía surge espontáneamente. Se trata de un orden inesperado e implícito en la materia activa. Crédito: Thomas A. Berrueta.
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