Da Wired.it :
La fisica osserva stormi di uccelli, sciami di api, gruppi di formiche, auto nel traffico. Insiemi molto diversi tra loro, accomunati da una caratteristica: l’esibizione, in determinati scenari, di comportamenti noti come intelligenze collettive, ossia di situazioni in cui il sistema, nel suo insieme, ha delle caratteristiche non necessariamente osservate nel singolo. Pensiamo per esempio agli stormi studiati da Giorgio Parisi, premio Nobel per la fisica 2021: centinaia o migliaia di singoli (gli uccelli) che sincronizzano il loro movimento per mantenere il gruppo coeso e reagire collettivamente agli attacchi dei predatori e agli stimoli esterni. In questo caso, il fenomeno è legato a una sorta di meccanismo imitativo, in cui ogni uccello “sente” la direzione in cui stanno volando i suoi simili più vicini e corregge di conseguenza la propria traiettoria. Una specie di “passaparola”, insomma, che permette ai cambiamenti di propagarsi in tutto il gruppo. Mutatis mutandis, un fenomeno simile accade nelle auto in coda nel traffico: quando una vettura rallenta, quelle dietro la imitano, e in questo modo il cambio di velocità si propaga a tutta la fila: siamo ancora una volta in presenza di un comportamento collettivo che emerge dal comportamento di un singolo. Sistemi e comportamenti di questo tipo sono molto studiati, e la comunità scientifica sta cercando in particolare di comprendere se esistano – e quali siano – i meccanismi di base che li innescano. L’ultimo tentativo, in questo senso, è uno esperimento condotto da un gruppo di esperti della Leipzig University, coordinato da Frank Chicos e Klaus Kroy, i cui dettagli sono stati pubblicati sulle pagine della prestigiosa rivista Science Communications.
Cosa dice lo studio
I ricercatori tedeschi, in particolare, hanno cercato di riprodurre un caso di “sciame” molto semplificato, in modo da poter tracciare in dettaglio i movimenti di ciascun componente, cosa non sempre facile con le osservazioni nel mondo reale: “La ricerca scientifica nel campo del comportamento degli sciami – ha spiegato Kroy – si basa di solito su osservazioni sul campo. E in questi casi è difficile analizzare le dinamiche dei singoli elementi dell’insieme”. L’interpretazione delle osservazioni si basa insomma su presupposti ritenuti plausibili sulle regole comportamentali individuali necessarie all’emergenza del comportamento collettivo complesso. Nell’esperimento attuale, invece, i ricercatori hanno inserito in un liquido una serie di “micronuotatori” – sostanzialmente, delle palline il cui movimento può essere tracciato con precisione da un microscopio – e hanno fornito loro, tramite un laser, l’energia necessaria a muoversi in una precisa direzione, ossia verso un punto fissato. In questo modo, le palline sono sostanzialmente soggette al moto browniano (il moto casuale che si osserva, per esempio, nelle particelle di polvere sospese in un liquido) e alla velocità “imposta” dal laser: con questo setup sperimentale gli autori del lavoro hanno il controllo completo dei parametri fisici e delle “regole di navigazione” di ogni singolo micronuotatore. “Tramite il calore del laser – ci ha spiegato Silvio Bianchi, ricercatore del Soft and Living Matter Laboratory al Consiglio Nazionale delle Ricerche di Roma, non coinvolto nello studio ma specializzato in esperimenti simili a quello in questione – gli autori dell’esperimento hanno imposto una certa velocità ai nuotatori per farli dirigere verso un punto fissato ed esaminarne il comportamento”. In questo scenario, niente di strano: le palline effettivamente si spostano nella direzione desiderata e raggiungono il punto fissato. Le cose cambiano in modo interessante, però, se si introduce un certo ritardo temporale: “Gli autori dell’esperimento – continua Bianchi – hanno modificato l’azione del laser in modo che la direzione del moto imposto alle palline in un certo istante di tempo fosse quella relativa a un istante precedente”. Ovvero, per dirla ancora più semplicemente, è come se la pallina cominciasse a muoversi verso il punto fisso con un certo ritardo temporale – la stessa cosa che accade, per esempio, quando siamo nel traffico in auto e cominciamo a muoverci un po’ di tempo dopo che si è mossa l’auto davanti a noi.
Tempi e modi
È stata proprio l’introduzione di questo sfasamento temporale a far emergere un comportamento collettivo molto interessante: “Se l’intervallo temporale è abbastanza lungo e se la velocità di nuoto è abbastanza grande – spiega Kroy – ogni nuotatore, anziché puntare dritto all’obiettivo, entra in una fase di moto circolare, ossia comincia a girarci intorno”. Il che è particolarmente interessante proprio perché, come dicevamo, anche quasi tutti i sistemi collettivi nel mondo reale reagiscono agli stimoli in modo ritardato, cioè con uno sfasamento temporale. “Siamo riusciti a creare un ambiente di studio realistico per micronuotatori soggetti al moto browniano – conclude Chicos – che potrà servire come elemento di partenza per studi futuri, più approfonditi, di sciami più complessi e ancora sconosciuti”.