Cuando pensamos en materiales, solemos pensar en sustancias como el metal, el hormig\u00f3n, el vidrio o el caucho. Lo que estos ejemplos tienen en com\u00fan es que son inactivos: al ser empujados, estirados, desplazados o sometidos a cizallamiento, pueden moverse o deformarse, pero s\u00f3lo mediante la energ\u00eda que reciben del exterior a trav\u00e9s de las fuerzas que se les aplican.<\/p>\n\n\n\n
Existe otra clase de materiales muy interesante: la materia activa. La materia activa posee energ\u00eda propia y puede utilizarla para responder a fuerzas externas, a veces de maneras bastante inesperadas. La materia activa se encuentra generalmente en el \u00e1mbito de la biolog\u00eda: pensemos en una bandada de p\u00e1jaros que se comporta como una sola entidad que responde a est\u00edmulos externos como el viento, los cambios en el terreno o la presencia de alimento o un lugar de descanso natural.<\/p>\n\n\n\n
Los ejemplos no se limitan al \u00e1mbito de la biolog\u00eda. La materia activa tambi\u00e9n puede construirse en el laboratorio. En los \u00faltimos a\u00f1os, un equipo internacional de f\u00edsicos de las universidades de \u00c1msterdam (Pa\u00edses Bajos), Cambridge (Reino Unido) y Nueva Gales del Sur (S\u00eddney, Australia) se ha especializado en el uso de ingredientes sencillos como peque\u00f1os motores, varillas y gomas el\u00e1sticas para construir materiales activos con propiedades sorprendentes y, sobre todo, \u00fatiles. Recientemente, se han publicado dos art\u00edculos del equipo.<\/p>\n\n\n\n
Toma un billete de papel y compr\u00edmelo entre dos dedos. Perder\u00e1 su estabilidad espont\u00e1neamente y se doblar\u00e1 hacia un lado u otro. Ahora intenta empujar la parte doblada hacia adentro con la otra mano. Al principio opondr\u00e1 resistencia, pero luego se doblar\u00e1 repentinamente hacia el otro lado. El billete de papel es una forma inerte de materia: cuando se le aplica presi\u00f3n externa, s\u00f3lo se doblar\u00e1 y se doblar\u00e1 una vez.<\/p>\n\n\n\n
Como demuestran los investigadores, el pandeo y la rotura cambian dr\u00e1sticamente cuando los materiales se vuelven activos. Para construir un material activo capaz de experimentar pandeo y rotura, los f\u00edsicos conectaron una secuencia de varillas formando una cadena, con peque\u00f1os motores acoplados a los extremos donde se unen dos de estas varillas. La funci\u00f3n de los motores era lograr que las interacciones dentro de la cadena no fueran rec\u00edprocas. Cuando la varilla A se mueve, la varilla B responde de manera diferente (girando sobre un \u00e1ngulo distinto, por ejemplo) a como responde la varilla A cuando se mueve la varilla B.<\/p>\n\n\n\n
El resultado sorprendente fue que las cadenas construidas de esta manera segu\u00edan deform\u00e1ndose y rompi\u00e9ndose al aplicarles fuerzas externas, pero esta vez no se trataba de una sola deformaci\u00f3n y rotura, sino que el proceso pod\u00eda repetirse y producirse oscilaciones. En t\u00e9rminos t\u00e9cnicos, lo que sucedi\u00f3 fue que el llamado punto cr\u00edtico donde el sistema se romp\u00eda se convirti\u00f3 en un punto cr\u00edtico excepcional. En otras palabras, esto significaba que las cadenas pod\u00edan empezar a moverse, caminar e incluso excavar.<\/p>\n\n\n\n
El art\u00edculo sobre los resultados, cuyos primeros autores son Sami Al-Izzi de la Universidad de Nueva Gales del Sur y Yao Du de la Universidad de \u00c1msterdam, se\u00a0public\u00f3<\/a>\u00a0recientemente en Proceedings of the National Academy of Sciences, y una imagen de una de las cadenas de pandeo se utiliz\u00f3 como portada de la revista. El trabajo demuestra una nueva v\u00eda para la creaci\u00f3n de materiales que pueden\u00a0actuar de forma aut\u00f3noma<\/a>\u00a0y tener diversas funciones, en particular, para su uso en robots flexibles y “blandos”. Estos materiales activos podr\u00edan constituir la base de cuerpos rob\u00f3ticos m\u00e1s inteligentes que operen independientemente del control centralizado.<\/p>\n\n\n\n Desde la construcci\u00f3n de un puente hasta el ensamblaje de dispositivos nanomec\u00e1nicos, los ingenieros recurren a numerosos principios mec\u00e1nicos al construir cualquier cosa. Uno de ellos es el Principio de Le Chatelier, que establece, en t\u00e9rminos generales, que lo que sucede a peque\u00f1a escala tambi\u00e9n sucede a gran escala. Por ejemplo, reforzar los componentes de una estructura refuerza la rigidez de la estructura en su conjunto.<\/p>\n\n\n\n En trabajos recientes, un equipo de f\u00edsicos ha demostrado que, en lo que respecta a la materia activa, el principio de Le Chatelier no siempre se cumple. En particular, cuando los componentes b\u00e1sicos de un material activo se vuelven m\u00e1s activos, la estructura en su conjunto puede, de hecho, volverse menos activa. Los autores lo demostraron conectando motores y varillas similares, esta vez no en cadena, sino en una estructura reticular bidimensional. En sus experimentos, midieron c\u00f3mo la elasticidad de esta estructura en su conjunto depend\u00eda de las propiedades de los componentes individuales.<\/p>\n\n\n\n El factor crucial que determina el comportamiento a gran escala result\u00f3 ser la percolaci\u00f3n de los componentes microsc\u00f3picos activos a trav\u00e9s del material. Comp\u00e1rese esto con la percolaci\u00f3n del agua en el caf\u00e9: al preparar caf\u00e9, el polvo no debe ser demasiado denso, o el agua no lo atravesar\u00e1 por completo. De manera similar, cuando existe una alta densidad de componentes menos activos en un material, las respuestas el\u00e1sticas no siempre se propagar\u00e1n, incluso si todos los dem\u00e1s componentes son extremadamente activos.<\/p>\n\n\n\n Un art\u00edculo sobre esta investigaci\u00f3n, cuyo primer autor es Jack Binysh, del grupo de investigaci\u00f3n de Corentin Coulais en la Universidad de \u00c1msterdam, se public\u00f3 recientemente en la revista\u00a0Physical Review X.\u00a0Binysh y sus colegas prev\u00e9n que la violaci\u00f3n del principio de Le Chatelier que han descubierto tendr\u00e1 una importancia fundamental para los investigadores que trabajan con microestructuras activas, como geles biof\u00edsicos, monocapas epiteliales y redes neurom\u00f3rficas. Su trabajo ser\u00e1 de gran inter\u00e9s en f\u00edsica, ciencia de la materia blanda, ingenier\u00eda mec\u00e1nica, ciencias biol\u00f3gicas y rob\u00f3tica.<\/p>\n\n\n\nA veces, m\u00e1s es menos<\/h2>\n\n\n\n