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Materia activa

Una bandada de estorninos actuando como un enjambre.

La materia activa es materia compuesta por un gran número de "agentes" activos, cada uno de los cuales consume energía para moverse o ejercer fuerzas mecánicas. [1] [2] [3] [4] Estos sistemas están intrínsecamente fuera del equilibrio térmico . A diferencia de los sistemas térmicos que se relajan hacia el equilibrio y los sistemas con condiciones de contorno que imponen corrientes constantes, los sistemas de materia activa rompen la simetría de inversión temporal porque la energía se disipa continuamente por los constituyentes individuales. [5] [6] [7] La ​​mayoría de los ejemplos de materia activa son de origen biológico y abarcan todas las escalas de lo vivo, desde bacterias y biopolímeros autoorganizados como los microtúbulos y la actina (ambos forman parte del citoesqueleto de las células vivas), hasta bancos de peces y bandadas de pájaros. Sin embargo, una gran parte del trabajo experimental actual se dedica a sistemas sintéticos como partículas autopropulsadas artificiales . [8] [9] [10] La materia activa es una clasificación de materiales relativamente nueva en materia blanda : el modelo más ampliamente estudiado, el modelo Vicsek , data de 1995. [11]

La investigación en materia activa combina técnicas analíticas, simulaciones numéricas y experimentos. Los enfoques analíticos notables incluyen hidrodinámica , [12] teoría cinética y física estadística de no equilibrio . Los estudios numéricos involucran principalmente modelos de partículas autopropulsadas , [13] [14] haciendo uso de modelos basados ​​en agentes como algoritmos de dinámica molecular o modelos de gas en red , [15] así como estudios computacionales de ecuaciones hidrodinámicas de fluidos activos . [12] Los experimentos en sistemas biológicos se extienden sobre una amplia gama de escalas, incluyendo grupos de animales (por ejemplo, bandadas de aves , [16] manadas de mamíferos, bancos de peces y enjambres de insectos [17] ), colonias bacterianas , tejidos celulares (por ejemplo, capas de tejido epitelial , [18] crecimiento del cáncer y embriogénesis), componentes del citoesqueleto (por ejemplo, ensayos de motilidad in vitro , redes de actina-miosina y filamentos impulsados ​​por motores moleculares [19] ). Los experimentos en sistemas sintéticos incluyen coloides autopropulsados ​​(por ejemplo, partículas propulsadas foréticamente [8] [20] ), materia granular impulsada (por ejemplo, monocapas vibradas [21] ), robots enjambre y rotadores Quinke.

Conceptos en materia activa

Sistemas de materia activa

Referencias

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  4. ^ Bowick, Mark J.; Fakhri, Nikta; Marchetti, M. Cristina; Ramaswamy, Sriram (11 de febrero de 2022). "Simetría, termodinámica y topología en materia activa". Physical Review X . 12 (1): 010501. arXiv : 2107.00724 . doi :10.1103/PhysRevX.12.010501.
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