Conjunto de minirobots unidos con enlaces elásticos (Fuente: ESPCI, París)

Durante estos últimos años, varios equipos de investigación hemos venido usando pequeños robots para tratar de reproducir el movimiento colectivo de sistemas compuestos por una multitud de elementos móviles. En una entrada anterior hablé de las cucarachas eléctricas que me enseñó por primera vez Hamid Kellay, y que luego utilizamos para simular atascos. (En la Web del grupo de Hamid hay material sobre el tema, en el que investigan actualmente).

Las "cucarachas" son en realidad unos juguetes que contienen un pequeño motor que produce vibraciones; las patas son de un material flexible, que debido a su inclinación transforman la vibración en movimiento rectilíneo (Ernesto Altshuler acuñó el término vibrot, compuesto de vibración y robot, para referirse a los robots que funcionan así).

Cucaracha eléctrica de Hamid Kellay

En la naturaleza es frecuente encontrar movimientos colectivos en grupos de seres vivos que actúan de manera acompasada: bancos de peces, bandadas de pájaros o colonias de bacterias son algunos casos. A esos sistemas formados por unidades autopropulsadas se les llama genéricamente "materia activa", que incluye también el tráfico rodado o los enjambres de drones.

Dada la dificultad de obtener datos experimentales de estos sistemas, diferentes grupos de todo el mundo han adoptado varias estrategias. Una de ellas es simular en el ordenador estos movimientos a partir de algún modelo (como por ejemplo el modelo de Vicsek). Otra estrategia es utilizar partículas con dos mitades diferentes: se llaman partículas de Jano (llamadas así por el dios romano que tenía dos caras). Una esfera nanométrica recubierta de una fina película de cierto metal en uno de sus hemisferios, por ejemplo, puede reaccionar en cierto medio solo en la mitad de su superficie, y con eso obtener cierto impulso direccional (eso se puede lograr con luz, con medios químicos, etc.). Un grupo francés se sirve de unas algas microscópicas atraídas por la luz. Y otros, finalmente, utilizan pequeños robots para reproducir los movimientos de un enjambre. En casi todos estos casos, la colectividad se parece más bien a un fluido, si es que se puede trazar el paralelismo: cada elemento se mueve en el seno de la colectividad experimentando fuerzas de atracción o repulsión por lo general débiles y de corto alcance, pero no está enlazado con otros de manera permanente.

Ahora, Olivier Dauchot y su equipo, en el laboratorio Gulliver de la ESPCI de París, han empleado unos minirobots para estudiar también los sólidos. La idea genial consiste en utilizar esas partículas activas unidas entre sí mediante enlaces elásticos (pequeños muelles). Estas partículas activas tratan de moverse, pero los muelles imponen ciertos condicionamientos. El movimiento colectivo resultante aparece como el resultado de compromiso entre la agitación de las partículas y las restricciones de los enlaces. Ese es el modelo de sólido (compuesto de materia activa) que se obtiene.

La dinámica subyuga al observador; para tener una idea de los resultados que obtuvo el grupo, es más inmediato y entretenido ver este espectacular vídeo que explicar rotaciones, oscilaciones y deformaciones, las cuales aparecen como resultado de la acción combinada de la actividad de los minirobots y la elasticidad de los enlaces.

Video: laboratorio Gulliver, ESPCI (París)

El equipo de investigación también ha realizado simulaciones numéricas para comprender mejor toda la fenomenología; los resultados se pueden ver en el artículo que ha aparecido en Nature Physics.

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Olivier Dauchot es belga, aunque desde hace mucho trabaja en Francia; ha realizado experimentos sobre inestabilidades hidrodinámicas y medios granulares. Actualmente dirige un grupo sobre efectos colectivos y materia blanda  en la Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles (ESPCI) de París. Esta institución, una de las Grandes Écoles, está en el centro de París (10 rue Vauquelin, muy cerca del Panteón y de la Sorbona). Es donde Marie Curie descubrió la radiactividad; y también han trabajado allí otros premios Nobel (como Pierre-Gilles de Gennes). Se puede visitar a la entrada un pequeño museo sobre el sónar, que también se inventó allí.

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Ángel Garcimartín Montero
Ángel Garcimartín Montero

Catedrático de física (especialidad: materia condensada) en la Universidad de Navarra.

Ha llevado a cabo investigaciones (de carácter marcadamente experimental) sobre dinámica no lineal, inestabilidades, caos y sistemas físicos fuera del equilibrio; la fractura de los materiales frágiles; la transición vítrea, y los medios granulares. Actualmente se interesa en los atascos de materia activa (por ejemplo, los seres vivos).

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La materia blanda es la que se deforma fácilmente cuando se somete a esfuerzos o fluctuaciones térmicas: líquidos, coloides, materiales granulares, polímeros, espumas, algunos materiales biológicos. Pero en sentido figurado ¿no es también materia blanda la ciencia, la universidad, o incluso la sociedad?

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