Muchas especies de peces nadan en bancos y las aves vuelan en bandadas. Tal comportamiento colectivo debe surgir de las interacciones entre los animales. En gran medida, no estaba claro cómo funciona. Ahora, dos investigadores de Wageningen proporcionan información importante sobre el mecanismo detrás de este comportamiento. Marcel Workamp y sus colegas desarrollaron un sistema modelo en el que muestran experimentalmente que el comportamiento de enjambre se rige principalmente por la fricción.

El sistema modelo que el estudiante de doctorado Marcel Workamp y Joshua Dijksman de Wageningen University &Research desarrollaron con colegas de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (Raleigh, NOSOTROS), está muy inspirado en el juego de arcade 'air hockey'. Soplando aire continuamente a través de pequeños orificios en la mesa, el disco en air hockey (el pájaro) flota sobre la mesa sin experimentar fricción. Para propulsar el disco, los investigadores agregaron canales de ventilación a los discos, de manera que el aire que proviene de la mesa de aire impulsa a cada disco a girar en la misma dirección. En el sistema modelo, esta dirección fue en sentido antihorario.

Esta simple adición ya conduce a un comportamiento colectivo extraordinario. Dijksman y sus colegas usan una mesa circular a la que agregan cantidades cada vez mayores de discos que giran en sentido contrario a las agujas del reloj individualmente. Usando análisis de imágenes, rastrearon la posición de cada disco con precisión.

Como resulta, si solo hay unos pocos discos, en su mayoría chocan con la pared exterior. Esto conduce a un movimiento general de los discos, que es en el sentido de las agujas del reloj. A medida que se agregan más partículas, Se produce una notable transición:el movimiento colectivo de los discos cambia de dirección. Todos se mueven en sentido contrario a las agujas del reloj.

Este comportamiento colectivo surge a través de la colisión entre las partículas, en el que intercambian energía de su rotación a energía de movimiento. Este intercambio solo puede tener lugar si hay suficiente fricción entre las partículas. Después de todo, ahí es cuando se maximiza el intercambio de energía.

La fricción mejora el comportamiento colectivo

Para mejorar aún más la fricción entre los discos, el equipo de investigación agregó pequeñas 'orejas' a los discos usando impresión 3D. De esta manera pudieron mejorar el comportamiento colectivo. Añadiendo las orejas, la cantidad de partículas necesarias para lograr la inversión de la dirección del movimiento disminuye significativamente al agregar las orejas. Sin estas orejas que mejoran la fricción, Se necesitaron más discos para invertir la dirección general del movimiento.

Las observaciones demuestran que las partículas individuales en el modelo, pájaros en bandada o peces en un banco, puede mostrar un comportamiento de enjambre basado únicamente en la fricción entre las partículas, sin 'vernos'. Notablemente, las partículas activas también se ajustan a las leyes que se aplican a las pasivas, partículas de gas molecular en una nube de gas, en el que las partículas, impulsado por la temperatura, también muestran un comportamiento colectivo. El sistema modelo de Dijksman muestra así que el comportamiento colectivo se puede lograr utilizando pocos ingredientes. Por lo tanto, la investigación no solo es relevante para comprender el comportamiento de los enjambres en los animales, pero también para el desarrollo de nuevos materiales en los que la actividad de partículas individuales podría conducir a nuevas propiedades materiales.