Materia activa

Una bandada de estorninos que actúa como un enjambre

La materia activa está compuesta de un gran número de «agentes activos», cada uno de los cuales consume energía para moverse o para ejercer fuerzas mecánicas.[1]​[2]​ Debido al consumo de energía, estos sistemas están intrínsecamente fuera de equilibrio térmico. Ejemplos de materia activa son los bancos de peces, bandadas de aves, bacterias, partículas autopropulsadas artificiales, y la auto-organización de los bio-polímeros tales como los microtúbulos y la actina, siendo parte ambos del citoesqueleto de las células vivas. La mayoría de los ejemplos de materia activa son de origen biológico; sin embargo, una gran cantidad del trabajo experimental está dedicado a los sistemas sintéticos. La materia activa es un campo relativamente nuevo en física de la materia blanda: el modelo más ampliamente estudiado , el modelo de Vicsek, data de 1995.[3]​

La investigación en materia activa combina técnicas de análisis, simulaciones numéricas y los experimentos. Notable enfoques analíticos incluyen la hidrodinámica,[4]​ la teoría cinética, y la física estadística del no-equilibrio. Estudios numéricos involucran principalmente a modelos de partículas autopropulsadas,[5]​[6]​ haciendo uso de técnicas basadas en agentes y de algoritmos de dinámica molecular. Los experimentos en los sistemas biológicos se extienden sobre un amplio rango de escalas, incluyendo grupos de animales (por ejemplo, bandadas,[7]​ manadas de mamíferos, bancos de peces y enjambres de insectos[8]​), colonias de bacterias, tejido celular (por ejemplo, el tejido epitelial de capas,[9]​ el crecimiento del cáncer y la embriogénesis), los componentes del citoesqueleto (por ejemplo, los ensayos de la motilidad in vitro , de las redes de actina-miosina y filamentos impulsados por motores moleculares[10]​). Experimentos en sistemas sintéticos incluyen la auto-propulsión de los coloides (por ejemplo, partículas impulsadas foréticamente[11]​), materia granular impulsada (por ejemplo, vibrado de monocapas[12]​), enjambres de robots y rotadores Quinke.

Conceptos en materia activa

Sistemas de materia activa

Referencias

  1. ↑ Ramaswamy, Sriram (1 de enero de 2010). «The Mechanics and Statistics of Active Matter». Annual Review of Condensed Matter Physics 1 (1): 323-345. Bibcode:2010ARCMP...1..323R. arXiv:1004.1933. doi:10.1146/annurev-conmatphys-070909-104101. 
  2. ↑ Marcetti, M. C.; Joanny, J.F.; Ramaswamy, S.; Liverpool, T. B.; Prost, J.; Rao, M.; Adita Simha, R. (2012). «Hydrodynamics of soft active matter». Reviews of Modern Physics 85: 1143-1189. Bibcode:2013RvMP...85.1143M. arXiv:1207.2929. doi:10.1103/RevModPhys.85.1143. 
  3. ↑ Vicsek, T.; Czirok, A.; Ben-Jacob, E.; Cohen, I.; Shochet, O. (1995). «Novel type of phase transition in a system of self-driven particles». Physical Review Letters 75 (6): 1226-1229. Bibcode:1995PhRvL..75.1226V. PMID 10060237. arXiv:cond-mat/0611743. doi:10.1103/PhysRevLett.75.1226. 
  4. ↑ Toner, John; Tu, Yuhai; Ramaswamy, Sriram (1 de julio de 2005). «Hydrodynamics and phases of flocks». Annals of Physics. Special Issue 318 (1): 170-244. Bibcode:2005AnPhy.318..170T. doi:10.1016/j.aop.2005.04.011. 
  5. ↑ Vicsek, Tamás; Czirók, András; Ben-Jacob, Eshel; Cohen, Inon; Shochet, Ofer (7 de agosto de 1995). «Novel Type of Phase Transition in a System of Self-Driven Particles». Physical Review Letters 75 (6): 1226-1229. Bibcode:1995PhRvL..75.1226V. PMID 10060237. arXiv:cond-mat/0611743. doi:10.1103/PhysRevLett.75.1226. 
  6. ↑ Chaté, Hugues; Ginelli, Francesco; Grégoire, Guillaume; Raynaud, Franck (18 de abril de 2008). «Collective motion of self-propelled particles interacting without cohesion». Physical Review E 77 (4): 046113. Bibcode:2008PhRvE..77d6113C. arXiv:0712.2062. doi:10.1103/PhysRevE.77.046113. 
  7. ↑ Ballerini, M.; Cabibbo, N.; Candelier, R.; Cavagna, A.; Cisbani, E.; Giardina, I.; Lecomte, V.; Orlandi, A. et al. (29 de enero de 2008). «Interaction ruling animal collective behavior depends on topological rather than metric distance: Evidence from a field study». Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (4): 1232-1237. Bibcode:2008PNAS..105.1232B. ISSN 0027-8424. PMC 2234121. PMID 18227508. arXiv:0709.1916. doi:10.1073/pnas.0711437105. 
  8. ↑ Buhl, J.; Sumpter, D. J. T.; Couzin, I. D.; Hale, J. J.; Despland, E.; Miller, E. R.; Simpson, S. J. (2 de junio de 2006). «From Disorder to Order in Marching Locusts». Science 312 (5778): 1402-1406. Bibcode:2006Sci...312.1402B. ISSN 0036-8075. PMID 16741126. doi:10.1126/science.1125142. 
  9. ↑ Trepat, Xavier; Wasserman, Michael R.; Angelini, Thomas E.; Millet, Emil; Weitz, David A.; Butler, James P.; Fredberg, Jeffrey J. (1 de junio de 2009). «Physical forces during collective cell migration». Nature Physics 5 (6): 426-430. Bibcode:2009NatPh...5..426T. ISSN 1745-2473. doi:10.1038/nphys1269. 
  10. ↑ Keber, Felix C.; Loiseau, Etienne; Sanchez, Tim; DeCamp, Stephen J.; Giomi, Luca; Bowick, Mark J.; Marchetti, M. Cristina; Dogic, Zvonimir et al. (5 de septiembre de 2014). «Topology and dynamics of active nematic vesicles». Science 345 (6201): 1135-1139. Bibcode:2014Sci...345.1135K. ISSN 0036-8075. PMC 4401068. PMID 25190790. arXiv:1409.1836. doi:10.1126/science.1254784. 
  11. ↑ Palacci, Jeremie; Sacanna, Stefano; Steinberg, Asher Preska; Pine, David J.; Chaikin, Paul M. (22 de febrero de 2013). «Living Crystals of Light-Activated Colloidal Surfers». Science 339 (6122): 936-940. Bibcode:2013Sci...339..936P. ISSN 0036-8075. PMID 23371555. doi:10.1126/science.1230020. 
  12. ↑ Deseigne, Julien; Dauchot, Olivier; Chaté, Hugues (23 de agosto de 2010). «Collective Motion of Vibrated Polar Disks». Physical Review Letters 105 (9): 098001. Bibcode:2010PhRvL.105i8001D. arXiv:1004.1499. doi:10.1103/PhysRevLett.105.098001.