Un equipo de investigación de la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf HHU ha trabajado junto con TU Darmstadt y un MPI con sede en Garching para examinar la dinámica de grupo de las partículas activas comunicantes. Estas partículas se centran constantemente en la autooptimización. Siempre esforzándose por mantenersu propia comodidad personal, también ayudan a los otros miembros del grupo. Como describen los investigadores en la revista Proceedings National Academy of Sciences PNAS, dicha autooptimización es un fenómeno común de múltiples cuerpos que puede ocurrir en pingüinos y bacterias.
Los pingüinos en la Antártida luchan contra el frío y se agrupan para mantenerse calientes. Pero si están demasiado juntos, se sobrecalientan. En consecuencia, hay una temperatura ideal que los pingüinos alcanzan cuando se mantienen a una pequeña distancia deentre sí, pero no demasiado pequeños.Cada pingüino actúa por su propio interés, moviéndose precisamente en la dirección del mayor aumento o descenso de temperatura.
Este es un ejemplo de un sistema de múltiples cuerpos para comunicar partículas activas o de 'agentes interactivos'. Investigadores de HHU, la Universidad Técnica de Darmstadt y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching querían comprender mejor cómo describir estossistemas de varios cuerpos, porque muchos otros sistemas pueden utilizar principios de autooptimización similares.
El equipo que trabaja con la primera autora, la Dra.Alexandra Zampetaki del Instituto de Física Teórica II en HHU, ha descubierto que es este interés propio individual el que crea una zona ideal para todo el grupo, donde todos los pingüinos tienen la perfectatemperatura.
Los físicos utilizaron un modelo fundamentalmente nuevo para partículas activas que pueden autodirigir su dirección de movimiento. Las partículas se comunican entre sí al percibir un recurso disponible en conjunto que puede describirse de manera abstracta mediante lo que se conoce como un 'campo escalar'- por ejemplo un campo de temperatura. El efecto del campo es que las partículas se mueven en la dirección que les es más favorable para alcanzar su situación ideal.
Los investigadores también encontraron que la interacción con el campo conduce automáticamente a lo que se conoce como 'fuerzas de tres cuerpos' o 'fuerzas de triplete' entre las partículas. Mientras que todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza, como la gravitación y la fuerza electromagnética de Coulomb,- son un par de fuerzas entre pares de partículas, las fuerzas de triplete solo ocurren cuando tres partículas están presentes simultáneamente. Estas fuerzas de triplete son la clave para comprender la dinámica colectiva de las partículas activas en comunicación.
"Casi todas las leyes fundamentales de la física pueden describirse como un problema de minimización, por ejemplo, que la energía total se vuelve mínima", explicó el Prof. Dr. Hartmut Löwen, Director del Instituto en HHU. "Por el contrario, no hubominimización en el sistema que examinamos. En cambio, hubo optimización para alcanzar una zona ideal ". Esto permite una dinámica de grupo interna que, en última instancia, es beneficiosa para todos, a pesar de estar impulsada por el interés propio. El comportamiento da como resultado una configuración ordenada y aperiódicaen el que los agentes con menos vecinos se acercan para mantenerse calientes, como los pingüinos.
El profesor Dr. Benno Liebchen de TU Darmstadt añadió: "La interacción entre los pingüinos a través de un campo creado colectivamente recuerda la cantidad de microorganismos que se comunican. Por ejemplo, las bacterias que consumen oxígeno podrían, en principio, utilizar un principio de optimización similar paralograr la concentración óptima de oxígeno sin tener que coordinar su comportamiento ".
El Dr. Zampetaki concluyó: "El principio de optimización que descubrimos crea un puente entre la física y la biología y muestra cómo el modelado cuantitativo de reglas de comunicación simples conduce a fenómenos que serían inalcanzables basados en la interacción de emparejamiento ordinaria".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Heinrich-Heine Duesseldorf . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :