Muitas espécies de peixes nadam em cardumes e os pássaros voam em bandos. Esse comportamento coletivo deve surgir das interações entre os animais. Como funciona não está muito claro. Agora, dois pesquisadores de Wageningen fornecem informações importantes sobre o mecanismo por trás desse comportamento. Marcel Workamp e colegas desenvolveram um sistema modelo no qual mostram experimentalmente que o comportamento da enxameação é governado principalmente pelo atrito.

O sistema modelo que o aluno de doutorado Marcel Workamp e Joshua Dijksman da Wageningen University &Research desenvolveu com colegas da North Carolina State University (Raleigh, NÓS), é altamente inspirado no jogo de arcade 'air hockey'. Ao soprar ar continuamente através de pequenos orifícios na mesa, o disco do air hockey (o pássaro) flutua sobre a mesa sem sofrer atrito. Para impulsionar o disco, os pesquisadores adicionaram canais de ventilação aos discos, de modo que o ar que vem da mesa de ar leve cada disco a girar na mesma direção. No sistema de modelo, essa direção era anti-horária.

Este simples acréscimo já leva a um comportamento coletivo extraordinário. Dijksman e seus colegas usam uma mesa circular à qual adicionam quantidades crescentes de discos que giram no sentido anti-horário individualmente. Usando análise de imagem, eles rastrearam a posição de cada disco com precisão.

Acontece que se houver apenas alguns discos, eles colidem principalmente com a parede externa. Isso leva a um movimento geral dos discos, que é no sentido horário. À medida que mais partículas são adicionadas, ocorre uma transição notável:o movimento coletivo dos discos inverte a direção. Todos eles se movem no sentido anti-horário.

Este comportamento coletivo surge através da colisão entre as partículas, em que eles trocam energia de sua rotação para energia de movimento. Essa troca só pode ocorrer se houver atrito suficiente entre as partículas. Afinal, é quando a troca de energia é maximizada.

O atrito melhora o comportamento coletivo

Para aumentar ainda mais o atrito entre os discos, a equipe de pesquisa adicionou pequenas 'orelhas' aos discos usando impressão 3D. Dessa forma, eles foram capazes de potencializar o comportamento coletivo. Ao adicionar as orelhas, a quantidade de partículas necessária para conseguir a reversão da direção do movimento diminui significativamente com o acréscimo das orelhas. Sem essas orelhas que aumentam a fricção, mais discos foram necessários para inverter a direção geral do movimento.

As observações demonstram que as partículas individuais no modelo, pássaros em um rebanho ou peixes em um cardume, pode exibir comportamento de enxameação exclusivamente com base no atrito entre as partículas, sem 'ver' um ao outro. Notavelmente, as partículas ativas também obedecem às leis que valem para passivos, partículas de gás molecular em uma nuvem de gás, em que as partículas, impulsionado pela temperatura, também exibem comportamento coletivo. O sistema modelo de Dijksman mostra, portanto, que o comportamento coletivo pode ser alcançado usando poucos ingredientes. Portanto, a pesquisa não é relevante apenas para a compreensão do comportamento de enxameação em animais, mas também para o desenvolvimento de novos materiais nos quais a atividade de partículas individuais poderia levar a novas propriedades materiais.