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Os pesquisadores do LMU desenvolveram um novo modelo para descrever como os sistemas biológicos ou técnicos formam estruturas complexas sem orientação externa.
As amebas são organismos unicelulares. Por meio da auto-organização, eles podem formar estruturas complexas – e fazer isso puramente por meio de interações locais: se eles têm muita comida, eles se dispersam uniformemente em um meio de cultura. Mas se a comida se torna escassa, eles emitem o mensageiro conhecido como adenosina monofosfato cíclico (cAMP). Este sinal químico induz as amebas a se reunirem em um só lugar e formar uma agregação multicelular. O resultado é um corpo frutífero.
“O fenômeno é bem conhecido”, diz o Prof. Erwin Frey da Faculdade de Física da LMU. “Até agora, no entanto, nenhum grupo de pesquisa investigou como o processamento de informações, em um nível geral, afeta a agregação de sistemas de agentes quando agentes individuais – no nosso caso, amebas – são autopropelidos”. Mais conhecimento sobre esses mecanismos também seria interessante, acrescenta Frey, no que diz respeito à sua tradução para sistemas técnicos artificiais.
Juntamente com outros pesquisadores, Frey descreve em Natureza Comunicações como sistemas ativos que processam informações em seu ambiente podem ser usados – para aplicações tecnológicas ou biológicas. Não se trata de entender todos os detalhes da comunicação entre os agentes individuais, mas das estruturas específicas formadas por meio da auto-organização. Isso se aplica às amebas – e também a certos tipos de robôs. A pesquisa foi realizada em colaboração com o Prof. Igor Aronson durante sua estada na LMU como vencedor do Prêmio Humboldt de Pesquisa.
Do mecanismo biológico à aplicação tecnológica
Antecedentes: O termo “matéria ativa” refere-se a sistemas biológicos ou técnicos a partir dos quais estruturas maiores são formadas por meio de auto-organização. Tais processos são baseados exclusivamente em interações locais entre unidades idênticas e autopropulsadas, como amebas ou mesmo robôs.
Inspirado por sistemas biológicos, Frey e seus co-autores propõem um novo modelo no qual agentes automotores se comunicam entre si. Esses agentes reconhecem sinais químicos, biológicos ou físicos em nível local e tomam decisões individuais usando sua maquinaria interna que resulta em auto-organização coletiva. Essa orientação dá origem a estruturas maiores, que podem abranger várias escalas de comprimento.
O novo paradigma da matéria ativa comunicante forma a base do estudo. Decisões locais em resposta a um sinal e à transmissão de informações levam a uma auto-organização controlada coletivamente.
Frey vê uma possível aplicação do novo modelo em robôs macios – ou seja, robôs feitos de materiais macios. Esses robôs são adequados, por exemplo, para realizar tarefas em corpos humanos. Eles podem se comunicar com outros robôs macios por meio de ondas eletromagnéticas para fins como administrar medicamentos em locais específicos do corpo. O novo modelo pode ajudar os nanotecnólogos a projetar tais sistemas de robôs, descrevendo as propriedades coletivas dos enxames de robôs.
“É suficiente entender aproximadamente como os agentes individuais se comunicam uns com os outros; a auto-organização cuida do resto”, diz Frey. “Esta é uma mudança de paradigma especificamente na robótica, onde os pesquisadores estão tentando fazer exatamente o oposto – eles querem obter níveis extremamente altos de controle”. Mas isso nem sempre dá certo. “Nossa proposta, ao contrário, é explorar a capacidade de auto-organização.”
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Ludwig-Maximilians-Universität München. Observação: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e tamanho.
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