A física do movimento coletivo tem sido bem estudada nos últimos trinta anos. Até agora, os cientistas se concentraram no estudo de movimentos "fluidos", como os de bandos de pássaros ou cardumes de peixes. Agora, usando um engenhoso dispositivo experimental, pesquisadores do laboratório Gulliver (ESPCI Paris-PSL/CNRS) revelaram a possibilidade de movimentos coletivos em estruturas sólidas elásticas. Seu trabalho esclarece o mecanismo e os parâmetros que controlam essa chamada "atuação coletiva". Este trabalho é publicado na revista Nature Physics .
Dentro do laboratório Gulliver, a equipe de Olivier Dauchot, pesquisador do CNRS, estuda os movimentos coletivos há vários anos. Inicialmente, focou-se em uma pergunta simples:como reproduzir em laboratório os movimentos coletivos observados na natureza, como os de pássaros ou peixes? Para fazer isso, a equipe montou experimentos com "matéria ativa", ou seja, matéria cujas entidades elementares se movem de forma autônoma:grãos ambulantes, gotas nadadoras, mini-robôs - um verdadeiro zoológico de sistemas ativos (mas não vivos), com os quais foram capazes reproduzir e estudar os movimentos coletivos. Recentemente, sua pesquisa se concentrou nos fenômenos de engarrafamentos quando o sistema se torna mais denso. Do fluido, o sistema gradualmente se torna sólido. O movimento coletivo é possível dentro de um sólido ativo?

Ingredientes simples para entender um sistema complicado

"Como partículas ativas, optamos pelos Hexbugs. São pequenos robôs motorizados, que podem ser encontrados nas lojas. Como material elástico sólido, fizemos uma rede de cilindros ligados por molas. Colocando um Hexbug em cada um dos cilindros que compõem a rede, formamos um sólido ativo", explica Paul Baconnier, que está fazendo sua tese sobre o assunto. Cada Hexbug deforma a rede ao tentar se mover, enquanto está sujeito aos deslocamentos induzidos pelos esforços de seus vizinhos. Notavelmente, é possível, sob certas condições, que um movimento coletivo sincronizado emerja desse cabo de guerra.

Quando o sólido ativo é simplesmente colocado no chão, os Hexbugs se alinham espontaneamente e todo o sólido começa a se mover pelo laboratório. E se prendermos o sólido pelas bordas? Neste caso, observa-se um novo tipo de movimento coletivo dentro do sólido:todos os elementos da rede oscilam de forma periódica e sincronizada em torno de sua posição de equilíbrio.

Para explicar esse fenômeno de "atuação coletiva", os pesquisadores variaram os parâmetros do experimento, como a rigidez das molas ou o formato da rede. Eles mostraram que a atuação coletiva resulta da combinação da atividade dos Hexbugs e da elasticidade dos links da rede, o que permite que a estrutura se deforme e cada Hexbug se oriente em resposta a essa deformação. A equipe modelou e reproduziu numericamente os comportamentos observados, inclusive em sistemas com vários milhares de agentes ativos. Essa atuação coletiva espontânea lembra os movimentos observados em certas dinâmicas celulares, em particular em determinados tecidos da pele, que poderiam, portanto, ser melhor compreendidos à luz deste trabalho. + Explorar mais

A próxima geração de robôs será metamorfos