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Un trabajo describe el movimiento colectivo de partículas en rotación, aplicable a sistemas biológicos

La rotación de las partículas permite que el sistema pase de un estado en el que todas las partículas forman una gran agrupación a un patrón en el que se forman grupos más pequeños llamados <i>microflocks</i>.

La rotación de las partículas permite que el sistema pase de un estado en el que todas las partículas forman una gran agrupación a un patrón en el que se forman grupos más pequeños llamados microflocks.

27/09/2017

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Un equipo de investigadores de la Universidad de Barcelona y de la de Edimburgo ha descrito el movimiento colectivo de la materia activa en rotación, es decir, materia formada por partículas autopropulsadas que giran sobre sí mismas. Este comportamiento se puede observar en sistemas de materia viva como las bacterias flageladas —por ejemplo, la Escherichia coli— o los espermatozoides

Los investigadores, en un trabajo publicado en la revista Physical Review Letters, han podido demostrar que su aportación «no es una mera extensión de lo que ya se conocía por los estudios sobre materia activa lineal, sino que este tipo de movimiento da lugar a nuevos comportamientos que no se habían observado antes». Así lo afirma Demian Levis, uno de los autores del estudio e investigador Marie Curie del Instituto de Investigación en Sistemas Complejos de la UB (UBICS). Según Levis, «nuestros resultados tienen aplicaciones en contextos tan diversos como la física de materiales o el control de los movimientos de masas, de interés, por ejemplo, para diseñar planes de evacuación en un estadio».

Hasta ahora, los modelos explicaban el comportamiento de sistemas formados por partículas en movimiento lineal, con el fin de controlar y poder manipular de forma precisa la locomoción de estos conjuntos. Tal como se ha visto en este estudio, a diferencia de estos sistemas lineales, el hecho de que las partículas tengan movimiento de rotación permite, por un lado, controlar y predecir de manera precisa el tamaño de los patrones o de las agrupaciones que se formarán, llamadas flocks. Por otro lado, el movimiento de rotación amplía la tendencia del sistema a formar un estado coherente de movimiento donde todas las partículas se mueven en la misma dirección. Además, las rotaciones permiten que el sistema pase de un estado en el que todas las partículas forman una gran agrupación a un patrón en el que se forman grupos más pequeños llamados microflocks. Este cambio de patrón es similar al que se ha observado en experimentos con espermatozoides.

«Además de los sistemas de materia viva, también existen sistemas sintéticos de materia activa con los que muchos grupos de investigación están trabajando para intentar entender las propiedades de materiales biomiméticos, es decir que imitan a la naturaleza pero son fabricados en el laboratorio con la expectativa de poder diseñar nuevos materiales», concluye Levis.

 

Referencia del artículo:

B. Liebchen, D. Levis. «Collective behaviour of chiral active matter: pattern formation and enhanced flocking». Physical Review Letters, agosto de 2017. Doi: 10.1103/PhysRevLett.119.058002

 

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