Stormi di microparticelle

Si spostano e interagiscono come gli animali in branco. Un esempio di un nuovo tipo di "materia attiva", sulle pagine di Nature

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Si muovono autonomamente in una “folla” fatta di milioni di compagne, in maniera molto simile alle pecore in un gregge o alle api in uno sciame. In questo caso non si tratta però di animali, ma di particelle.
Per la prima volta, i ricercatori dell’École supérieure de physique et chimie industrielles de la Ville de Paris (Espci-Paris Tech) e dell’École Normale Supérieure de Lyon (Ens) hanno riprodotto, all’interno di un semplice modello fisico, un moto collettivo che finora ha caratterizzato soltanto i sistemi naturali. Questo tipo di movimento, infatti, solitamente può essere osservato a diverse scale di grandezza, di cui gli stormi di uccelli, le colonie di batteri e i vortici di organismi minuscoli rappresentano soltanto alcuni esempi. La ricerca che presenta il lavoro, pubblicata su Nature, potrebber essere utile alla tecnologia robotica o allo studio dei sistemi sociali.

Per sondare le interazioni tra le diverse parti che mostrano un moto collettivo, Denis Bartolo dell’Ens di Lione e i suoi colleghi hanno utilizzato rotanti particelle di materia, sferiche e simili a perline, della dimensione dei micrometri (millesimi di millimetro). Questi microscopici grani, fatti di un particolare polimero (il polimetilmetacrilato – una materia plastica), vengono immersi in un fluido conduttore, cui viene applicato un campo elettrico. Tale campo, come mostrato già alla fine dell’Ottocento, riesce a mettere in rotazione le singole sfere, capaci così di spingersi da sole (ci si riferisce a questo fenomeno come la rotazione Quincke, dal fisico che la scoprì).

I ricercatori hanno quindi cercato di capire cosa succede mettendo insieme tante piccole sfere e per farlo hanno creato così un’ampia popolazione di particelle finemente disperse in un fluido che conduce elettricità, costituendo una miscela chimica chiamata colloide (per capirsi, anche la maionese è un colloide, ovvero una salsa omogenea in cui le goccioline di olio sono finemente disperse in acqua). Successivamente gli scienziati hanno posto queste sfere in alcune piste curvilinee per osservarne i movimenti. Ecco quel che hanno visto.

Quando sono isolate le particelle viaggiano alla stessa velocità lungo direzioni casuali e differenti l’una dall’altra, mentre aumentando la loro concentrazione al di sopra di un certo valore critico – indipendente dal campo elettrico – esse cominciano a muoversi in maniera collettiva. Diventano materia attiva.

Le sfere, secondo i ricercatori, sono come capaci di sentire la presenza di altre particelle nei dintorni e probabilmente riescono a farlo grazie a dei meccanismi idrodinamici ed elettrostatici che permettono loro non solo di percepire la distanza delle sfere ma anche le loro direzioni di rotazione. Come si può osservare nei video che filmano il processo (qui ne trovate alcuni), questa dinamiche ricordano molto a quella degli stormi di rondini in fase di migrazione, che si muovono all’unisono creando delle particolari forme geometriche in cui visivamente il singolo non viene più distinto dal gruppo.

Riferimenti: Nature doi:10.1038/nature12673

Credits immagine: Denis Bartolo, Antoine Bricard and Nicolas Desreumaux

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