El equipo investiga el funcionamiento masivo de una red flexible de «microbots»

La física del movimiento de masas ha sido bien estudiada durante los últimos 30 años. Hasta ahora, los científicos se han centrado en estudiar los movimientos de «fluidos», como los de bandadas de pájaros o bandadas de peces. Ahora, utilizando un dispositivo experimental innovador, investigadores del Laboratorio de Gulliver (ESPCI Paris-PSL/CNRS) han revelado la posibilidad de movimientos masivos en estructuras rígidas y flexibles. Su trabajo arroja luz sobre el mecanismo y los criterios que rigen el llamado «funcionamiento colectivo». Este trabajo fue publicado en la revista Física de la naturaleza.

Dentro del laboratorio de Gulliver, el equipo de Olivier Dauchot, investigador del Centro Nacional de Investigaciones Científicas, ha estado estudiando los movimientos colectivos durante varios años. Concéntrese inicialmente en una pregunta simple: ¿Cómo reproduce en el laboratorio los movimientos colectivos observados en la naturaleza, como los de las aves o los peces? Para ello, el equipo realizó experimentos sobre «materia activa», es decir, materia cuyas entidades primarias se mueven de forma independiente: pastillas para caminar, gotas para nadar y pequeños robots, un verdadero zoológico de sistemas activos (pero no vivos), con los que fueron capaz de reproducir y estudiar movimientos colectivos. Recientemente, su investigación se centró en el fenómeno de los atascos de tráfico cuando el sistema se vuelve más denso. Del líquido, el sistema se vuelve gradualmente sólido. ¿Es posible el movimiento colectivo dentro de un núcleo activo?

Componentes simples para entender un sistema complejo

«Como moléculas activas, elegimos Hexbugs. Son pequeños robots motorizados que se pueden encontrar en las tiendas. Como un material rígido y flexible, hicimos una red de cilindros unidos por resortes. Al colocar Hexbug en cada uno de los cilindros», explica Paul Baconair, quien está elaborando su tesis sobre el tema: «Formamos la red, formamos un sólido activo”. Cada Hexbug deforma la red al intentar moverse, mientras está sujeto a desplazamientos causados ​​por los esfuerzos de sus vecinos. Notablemente , es posible, bajo ciertas condiciones, que un movimiento de masas simultáneo surja de un tira y afloja, esto es.

Cuando el sólido activo simplemente se coloca en el suelo, los Hexbugs se alinean automáticamente y todo el cuerpo sólido comienza a moverse por el laboratorio. ¿Y si atamos el sólido por sus extremos? En este caso un nuevo tipo de movimiento colectivo Observado dentro del sólido: todos los elementos de la red oscilan de manera periódica y sincrónica alrededor de su posición de equilibrio.

Para explicar este fenómeno de «correr en masa», los investigadores alteraron los parámetros del experimento, como la rigidez de los resortes o la forma de la malla. Muestran que la operación masiva es el resultado de la combinación de la actividad de Hexbugs y la resistencia de los enlaces de la red, lo que permite que la estructura se deforme y que cada Hexbug se oriente en respuesta a esta deformación. El equipo modeló y reprodujo numéricamente los comportamientos observados, incluso en sistemas con varios miles de agentes activos. Esta operación colectiva espontánea recuerda los movimientos observados en dinámicas celulares específicas, particularmente en tejidos dérmicos específicos, que por lo tanto pueden comprenderse mejor a la luz de este trabajo.