Investigadores descobrem um mecanismo de coordenação de partículas ativas para a formação de grupos que resulta da comunicação efetiva através de alterações do meio onde se movem
Sabia que quando um conjunto de robots ou bactérias se move num espaço onde há vários objetos livres, esses robots ou bactérias desviam esses objetos para poderem passar? Um grupo de investigadores da Ciências ULisboa e das universidades de College of London (Reino Unido) e de Gothenburg (Suécia) conseguiu mostrar que o rasto deixado por esse movimento contribui para a formação de grupos, funcionando como um mecanismo efetivo de comunicação entre eles.
Imagem cedida por CD
Imagem cedida por NA
Os resultados desta investigação encontram-se no artigo “Environmental memory boosts group formation of clueless individuals”, publicado na Nature Communications, a 13 de novembro passado. O primeiro autor é Cristóvão Dias, investigador no Departamento de Física (DF) e no Centro de Física Teórica e Computacional (CFTC) da Ciências ULisboa. Manish Trivedi, Giovanni Volpe, Nuno Araújo e Giorgio Volpe também assinam o artigo, que foi escolhido como highlight pelos editores da revista.
Na entrevista que se segue com os cientistas Cristóvão Dias e Nuno Araújo fica a saber como é que surgiu esta colaboração, a importância destes avanços científicos e os próximos passos da equipa.
A compreensão dos mecanismos de coordenação em sistemas descentralizados tem potencial para impactar positivamente diversos campos do conhecimento, desde a Biologia à Robótica.
Nuno Araújo, professor no DF Ciências ULisboa e coordenador do CFTC, desenvolve investigação na área de Soft Matter Physics, com especial interesse por Física de Sistemas Fora de Equilíbrio. A investigação de Cristóvão Dias tem sido focada no estudo de fenómenos fora do equilíbrio, indo desde a formação de géis até à separação de fases em sistemas ativos.
Como surgiu a oportunidade de desenvolverem este trabalho?
Nuno Araújo (NA) - Ao longo dos últimos anos, no contexto de uma rede doutoral financiada pela Comissão Europeia, temos vindo a colaborar com estes dois grupos, um da Universidade de College of London e da Universidade de Gothenburg, no estudo do movimento de partículas ativas (por exemplo, bactérias, micro robots, etc.) em meios desordenados. Observando a forma como eles interagem com o meio envolvente, alterando-o, e como isso impacta no movimento das próprias partículas, identificamos um comportamento não trivial que levava a formação de grupos e desenvolvemos métodos para melhor perceber quais 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, tratam-se de partículas esféricas em que, um dos hemisférios está coberto por grafite, conferindo-lhes propulsão numa direção específica, comportando-se como um robot à microescala. O nosso foco é compreender como essas partículas ativas, que agem como agentes autónomos, interagem com o meio envolvente, alterando-o, e como a memória dessas alterações facilita a coordenação, culminando na formação de grupos.
Quais são os principais resultados alcançados?
CD - Quando uma partícula ativa se move num meio com objetos móveis, colide com eles, acabando por desviá-los. Isso leva à formação de canais que podem ser usados por outras partículas ativas. Combinando métodos experimentais e computacionais, o que conseguimos mostrar é que a formação desses canais, promove um maior encontro entre as partículas ativas e consequentemente a formação de grupos. Assim, apesar das espécies envolvidas não serem capazes de comunicar diretamente, emerge uma capacidade de coordenar a sua ação e formam grupos de forma eficiente.
Qual a importância deste trabalho para a sociedade e para a ciência?
NA - Este trabalho é de relevância, pois abre caminho para a introdução de métodos que permitem a exploração de meios complexos por parte de sistemas ativos desprovidos de raciocínio. O conhecimento produzido contribui para o avanço do conhecimento científico, mas também tem implicações práticas, oferecendo abordagens inovadoras para o desenvolvimento de sistemas autónomos capazes de operar eficientemente em meios desafiadores. Essa compreensão aprofundada dos mecanismos de coordenação em sistemas descentralizados tem potencial para impactar positivamente diversos campos do conhecimento, desde a Biologia à Robótica, ajudando a perceber como é que a natureza desenvolveu mecanismos eficientes de coordenação e ajudando a implementar sistemas autónomos com o mínimo de complexidade das unidades individuais.
Quais são os próximos passos desta equipa?
NA - Os próximos passos envolvem aprofundar a nossa compreensão deste mecanismo de coordenação, explorando as implicações num contexto mais geral. Pretendemos aplicar esses conhecimentos para melhorar a eficiência e adaptabilidade de sistemas descentralizados a diferentes escalas de comprimento e de tempo.
Querem deixar alguma mensagem?
CD - Este trabalho destaca a importância de explorar e compreender as interações complexas entre sistemas ativos e o meio que os rodeia e aproveitar esses princípios para aprimorar a eficiência e a adaptabilidade de sistemas autónomos em diversas áreas.
