Sapevi che quando un gruppo di robot o batteri si muove in uno spazio dove ci sono diversi oggetti liberi, deviano questi oggetti per farli passare? In uno studio ora pubblicato su Nature Communications, un gruppo di ricerca internazionale è riuscito a dimostrare che la traccia lasciata da questo movimento contribuisce alla formazione di gruppi, funzionando come un efficace meccanismo di comunicazione tra loro. .
Il primo autore, Cristóvão Dias, è ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e presso il Centro di Fisica Teorica e Computazionale della Facoltà di Scienze dell'Università di Lisbona (Ciências ULisboa) (Portogallo). Manish Trivedi e Giorgio Volpe (University College London, Regno Unito), Giovanni Volpe (Università di Göteborg, Svezia) e Nuno Araújo (Ciências ULisboa) sono coautori di questo articolo.
Comprendere i meccanismi di coordinamento nei sistemi decentralizzati ha il potenziale per avere un impatto positivo su diversi campi della conoscenza, dalla biologia alla robotica. Per scoprire come è nata questa collaborazione, la rilevanza di questi progressi scientifici e le prossime fasi della ricerca, abbiamo parlato con gli autori.
Nuno Araújo (NA):Negli ultimi anni, nel contesto di una rete di dottorati finanziata dalla Commissione Europea, abbiamo collaborato con questi due gruppi, uno dell'Università del College di Londra e l'Università di Göteborg (Svezia) , nello studio del movimento di particelle attive come batteri, micro robot e altri, in ambienti disordinati.
Osservando il modo in cui interagiscono con l'ambiente circostante, modificandolo, e come questo incide sul movimento delle particelle stesse, abbiamo individuato un comportamento non banale che ha portato alla formazione di gruppi e sviluppato metodi per comprendere meglio i meccanismi coinvolti.
Cristóvão Dias (CD):Questo studio affronta un sistema composto da particelle colloidali di tipo Giano che, come il dio greco Giano, hanno due "facce" diverse. Nel nostro caso, si tratta di particelle sferiche in cui uno degli emisferi è ricoperto di grafite, dando loro propulsione in una direzione specifica, comportandosi come un robot su microscala.
Il nostro obiettivo è capire come queste particelle attive, che agiscono come agenti autonomi, interagiscono con l'ambiente circostante, modificandolo, e come la memoria di questi cambiamenti facilita la coordinazione, culminando nella formazione di gruppi.
CD:Quando una particella attiva si muove in un mezzo con oggetti in movimento, si scontra con essi, finendo per deviarli. Ciò porta alla formazione di canali che possono essere utilizzati da altre particelle attive.
Combinando metodi sperimentali e computazionali, quello che siamo riusciti a dimostrare è che la formazione di questi canali favorisce un maggiore incontro tra particelle attive e di conseguenza la formazione di gruppi. Pertanto, nonostante le specie coinvolte non siano in grado di comunicare direttamente, emerge la capacità di coordinare la propria azione e formare gruppi in modo efficiente.
NA:Questo lavoro apre la strada all'introduzione di metodi che consentono l'esplorazione di mezzi complessi mediante sistemi attivi privi di ragionamento. La conoscenza prodotta contribuisce al progresso della comprensione scientifica, ma ha anche implicazioni pratiche, offrendo approcci innovativi per lo sviluppo di sistemi autonomi in grado di operare in modo efficiente in ambienti difficili.
Questa comprensione approfondita dei meccanismi di coordinamento nei sistemi decentralizzati ha il potenziale per avere un impatto positivo su diversi campi della conoscenza, dalla biologia alla robotica, aiutando a comprendere come la natura abbia sviluppato meccanismi di coordinamento efficienti e aiutando a implementare sistemi autonomi con una complessità minima delle singole unità.
NA:I prossimi passi implicano l’approfondimento della nostra comprensione di questo meccanismo di coordinamento e l’esplorazione delle implicazioni in un contesto più generale. Intendiamo applicare queste conoscenze per migliorare l'efficienza e l'adattabilità dei sistemi decentralizzati a diverse lunghezze e scale temporali.
CD:Questo lavoro evidenzia l'importanza di esplorare e comprendere le complesse interazioni tra i sistemi attivi e l'ambiente circostante e di sfruttare questi principi per migliorare l'efficienza e l'adattabilità dei sistemi autonomi in diverse aree.
Ulteriori informazioni: Cristóvão S. Dias et al, La memoria ambientale stimola la formazione di gruppi di individui incapaci, Comunicazioni naturali (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43099-0
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Lisbona
