Você sabia que quando um grupo de robôs ou bactérias se movimenta em um espaço onde há vários objetos livres, eles desviam esses objetos para que possam passar? Uma equipa de investigação internacional conseguiu mostrar que o rasto deixado por este movimento contribui para a formação de grupos, funcionando como um mecanismo eficaz de comunicação entre eles, num estudo agora publicado na Nature Communications .



O primeiro autor, Cristóvão Dias, é investigador do Departamento de Física e do Centro de Física Teórica e Computacional da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (Ciências ULisboa) (Portugal). Manish Trivedi e Giorgio Volpe (University College London, Reino Unido), Giovanni Volpe (Universidade de Gotemburgo, Suécia) e Nuno Araújo (Ciências ULisboa) são co-autores deste artigo.

Compreender os mecanismos de coordenação em sistemas descentralizados tem o potencial de impactar positivamente diversas áreas do conhecimento, da biologia à robótica. Para saber como surgiu esta colaboração, a relevância destes avanços científicos e os próximos passos da investigação, falámos com os autores.

Como surgiu a oportunidade de desenvolver este trabalho?

Nuno Araújo (NA):Ao longo dos últimos anos, no contexto de uma rede doutoral financiada pela Comissão Europeia, temos colaborado com estes dois grupos, um da Universidade de College of London e da Universidade de Gotemburgo (Suécia) , no estudo da movimentação de partículas ativas como bactérias, micro robôs e outros, em ambientes desordenados.

Observando a forma como interagem com o ambiente circundante, alterando-o, e como isso impacta o movimento das próprias partículas, identificamos um comportamento não trivial que levou à formação de grupos e desenvolvemos métodos para melhor compreender os mecanismos envolvidos.

Em que consiste este estudo?

Cristóvão Dias (CD):Este estudo aborda um sistema composto por partículas coloidais do tipo Janus que, tal como o deus grego Janus, têm duas “faces” diferentes. No nosso caso, trata-se de partículas esféricas em que um dos hemisférios é coberto por grafite, dando-lhes propulsão numa direção específica, comportando-se como um robô em microescala.

Nosso foco é compreender como essas partículas ativas, que atuam como agentes autônomos, interagem com o ambiente circundante, alterando-o, e como a memória dessas mudanças facilita a coordenação, culminando na formação de grupos.

Quais são os principais resultados alcançados?

CD:Quando uma partícula ativa se move em um meio com objetos em movimento, ela colide com eles, acabando por desviá-los. Isto leva à formação de canais que podem ser utilizados por outras partículas ativas.

Combinando métodos experimentais e computacionais, o que conseguimos mostrar é que a formação desses canais promove um maior encontro entre partículas ativas e consequentemente a formação de grupos. Assim, apesar das espécies envolvidas não conseguirem se comunicar diretamente, surge uma capacidade de coordenar sua ação e formar grupos de forma eficiente.

Qual ​​a importância deste trabalho para a sociedade e a ciência?

NA:Este trabalho abre caminho para a introdução de métodos que permitem a exploração de meios complexos por sistemas ativos desprovidos de raciocínio. O conhecimento produzido contribui para o avanço da compreensão científica, mas também tem implicações práticas, oferecendo abordagens inovadoras para o desenvolvimento de sistemas autônomos capazes de operar de forma eficiente em ambientes desafiadores.

Esta compreensão aprofundada dos mecanismos de coordenação em sistemas descentralizados tem o potencial de impactar positivamente diversas áreas do conhecimento, da biologia à robótica, ajudando a compreender como a natureza desenvolveu mecanismos de coordenação eficientes e ajudando a implementar sistemas autónomos com complexidade mínima de unidades individuais.

Quais são os próximos passos?

NA:Os próximos passos envolvem aprofundar a nossa compreensão deste mecanismo de coordenação e explorar as implicações num contexto mais geral. Pretendemos aplicar este conhecimento para melhorar a eficiência e adaptabilidade de sistemas descentralizados a diferentes durações e escalas de tempo.

CD:Este trabalho destaca a importância de explorar e compreender as interações complexas entre sistemas ativos e seus arredores e aproveitar esses princípios para melhorar a eficiência e adaptabilidade de sistemas autônomos em diversas áreas.

Mais informações: Cristóvão S. Dias et al, Memória ambiental impulsiona formação de grupos de indivíduos sem noção, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43099-0
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Universidade de Lisboa