Teamet undersøger kollektiv aktivering af et elastisk netværk af minirobotter

Fysikken i kollektiv bevægelse er blevet grundigt undersøgt i de sidste tredive år. Indtil nu har forskere fokuseret på studiet af "væske" bevægelser, såsom fugleflokke eller fiskestimer. Nu har forskere fra Gulliver-laboratoriet (ESPCI Paris-PSL / CNRS) ved hjælp af en genial eksperimentel enhed afsløret muligheden for kollektive bevægelser i elastiske faste strukturer. Deres arbejde kaster lys over mekanismen og parametrene, der styrer denne såkaldte "kollektive aktivering." Dette arbejde er publiceret i tidsskriftet Nature Physics .

Inden for Gulliver-laboratoriet har holdet af Olivier Dauchot, en CNRS-forsker, studeret kollektive bevægelser i flere år. Det fokuserede i begyndelsen på et simpelt spørgsmål:Hvordan gengiver man i laboratoriet de kollektive bevægelser, der observeres i naturen, såsom fugle eller fisk? For at gøre dette opstillede holdet eksperimenter med "aktivt stof", dvs. stof, hvis elementære entiteter bevæger sig autonomt:gangkorn, svømmedråber, minirobotter - en veritabel zoologisk have af aktive (men ikke levende) systemer, som de var i stand til med at reproducere og studere kollektive bevægelser. For nylig har deres forskning fokuseret på fænomenerne trafikpropper, når systemet bliver tættere. Fra væske bliver systemet gradvist fast. Er kollektiv bevægelse mulig i et aktivt fast stof?

Enkle ingredienser til at forstå et kompliceret system

"Som aktive partikler valgte vi Hexbugs. Det er små motoriserede robotter, som kan findes i butikkerne. Som et solidt elastisk materiale lavede vi et netværk af cylindre forbundet med fjedre. Ved at placere en Hexbug i hver af cylindrene, der udgør netværket, danner vi et aktivt solidt,« forklarer Paul Baconnier, der laver sit speciale om dette emne. Hver Hexbug deformerer netværket ved at forsøge at bevæge sig, mens den bliver udsat for de forskydninger, der er forårsaget af dens naboers indsats. Bemærkelsesværdigt nok er det muligt under visse betingelser, at der opstår en synkroniseret kollektiv bevægelse ud af denne tovtrækkeri.

Når det aktive faste stof blot placeres på gulvet, retter Hexbugs sig spontant sammen, og hele det faste stof begynder at bevæge sig gennem laboratoriet. Hvad hvis vi hægter fast stoffet på dets kanter? I dette tilfælde observeres en ny type kollektiv bevægelse inde i det faste stof:Alle netværkets elementer svinger på en periodisk og synkroniseret måde omkring deres ligevægtsposition.

For at forklare dette "kollektive aktivering"-fænomen varierede forskerne eksperimentets parametre, såsom fjedrenes stivhed eller netværkets form. De viste, at kollektiv aktivering er resultatet af kombinationen af ​​aktiviteten af ​​Hexbugs og elasticiteten af ​​netværksforbindelserne, hvilket tillader strukturen at deformere og hver Hexbug at orientere sig som reaktion på denne deformation. Holdet har modelleret og numerisk gengivet den observerede adfærd, herunder i systemer med flere tusinde aktive midler. Denne spontane kollektive aktivering minder om de bevægelser, der observeres i visse cellulære dynamik, især i visse hudvæv, som derfor bedre kunne forstås i lyset af dette arbejde. + Udforsk yderligere

Den næste generation af robotter vil være formskiftere