¿Qué es la Materia Activa?

En los siglos XIX y XX el surgimiento de la termodinámica y la mecánica estadística fueron claves en los avances tecnológicos de la revolución industrial y generaron una multitud de dispositivos como los circuitos integrados, los paneles solares o los LCD.

Esto fue posible, porque su teoría permitió describir y predecir los procesos y propiedades de la materia que está en equilibrio térmico. Incluso pudo describir con éxito los procesos levemente fuera de equilibrio, como la difusión y la conductividad eléctrica y térmica.

Sin embargo, en la naturaleza existe materia que está fuera de equilibrio, para la cual las herramientas de la termodinámica y la mecánica estadística tienen nula utilidad.

Y aunque en los últimos 20 años ha habido grandes avances en el estudio de estos sistemas fuera de equilibrio, no existe aún una teoría que permita comprender ni predecir todos sus procesos, por lo que se han convertido en el nuevo foco de interés de la física.

El gran paradigma de estos sistemas fuera del equilibrio es la Materia Activa.

Hemos visto como bandadas de aves, bancos de peces y otros colectivos de animales parecen moverse de manera sincrónica y organizada, a tal punto que parece que el enjambre parece tener vida propia. Lo mismo sucede a nivel más pequeño: suspensiones de bacterias, tejidos celulares y nadadores artificiales muestran sorprendentes e impredecibles movimientos grupales.

Estos sistemas son lo que los físicos llaman materia activa, un término acuñado sólo en la última década para describir a estas estructuras compuestas por muchos elementos biológicos o artificiales, donde cada individuo tiene la capacidad de extraer energía del ambiente para generar movimiento o autopropulsarse.

¿Por qué es importante estudiar la materia activa? Como la materia activa presenta muchas facetas de la física de no equilibrio, es un prototipo perfecto para construir y probar un nuevo marco teórico para todos estos tipos de sistemas.

Además, las tecnologías de última generación que usan materia biológica a micro o nanoescala, incorporan materia activa, por lo que describir y predecir sus propiedades y comportamientos promete impactar su desarrollo.

Entregar esas respuestas es el objetivo del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, centro académico que investigará cuestiones fundamentales relacionadas con este campo como, por ejemplo, las condiciones físicas necesarias para la vida, la autoorganización y el movimiento colectivo de seres vivos, los flujos de energía e información al interior de una célula o la capacidad de generar máquinas auto ensambladas.

Nuestro equipo reúne a un grupo joven de investigadores para estudiar teórica, numérica y experimentalmente la física de la materia activa.

Los investigadores Rodrigo Soto, Felipe Barra y María Luisa Cordero, profesores de tiempo completo en el Departamento de Física de la Universidad de Chile, conforman el corazón de este Núcleo y cuentan con una gran experiencia en física de no equilibrio, materia activa, microfluídica y biofísica. A ellos se suman un grupo multidisciplinario de investigadores nacionales e internacionales.

Su objetivo último es construir una teoría termodinámica para la Materia Activa, que abarque a los otros sistemas fuera de equilibrio y lograr que –a largo plazo- estos conocimientos puedan impactar en nuevas tecnologías de interés biológico.

+
CONTEXTO

En los siglos XIX y XX el surgimiento de la termodinámica y la mecánica estadística fueron claves en los avances tecnológicos de la revolución industrial y generaron una multitud de dispositivos como los circuitos integrados, los paneles solares o los LCD.

Esto fue posible, porque su teoría permitió describir y predecir los procesos y propiedades de la materia que está en equilibrio térmico. Incluso pudo describir con éxito los procesos levemente fuera de equilibrio, como la difusión y la conductividad eléctrica y térmica.

Sin embargo, en la naturaleza existe materia que está fuera de equilibrio, para la cual las herramientas de la termodinámica y la mecánica estadística tienen nula utilidad.

Y aunque en los últimos 20 años ha habido grandes avances en el estudio de estos sistemas fuera de equilibrio, no existe aún una teoría que permita comprender ni predecir todos sus procesos, por lo que se han convertido en el nuevo foco de interés de la física.

El gran paradigma de estos sistemas fuera del equilibrio es la Materia Activa.

+
¿QUÉ ES LA MATERIA ACTIVA?

Hemos visto como bandadas de aves, bancos de peces y otros colectivos de animales parecen moverse de manera sincrónica y organizada, a tal punto que parece que el enjambre parece tener vida propia. Lo mismo sucede a nivel más pequeño: suspensiones de bacterias, tejidos celulares y nadadores artificiales muestran sorprendentes e impredecibles movimientos grupales.

Estos sistemas son lo que los físicos llaman materia activa, un término acuñado sólo en la última década para describir a estas estructuras compuestas por muchos elementos biológicos o artificiales, donde cada individuo tiene la capacidad de extraer energía del ambiente para generar movimiento o autopropulsarse.

¿Por qué es importante estudiar la materia activa? Como la materia activa presenta muchas facetas de la física de no equilibrio, es un prototipo perfecto para construir y probar un nuevo marco teórico para todos estos tipos de sistemas.

Además, las tecnologías de última generación que usan materia biológica a micro o nanoescala, incorporan materia activa, por lo que describir y predecir sus propiedades y comportamientos promete impactar su desarrollo.

+
NOSOTROS

Entregar esas respuestas es el objetivo del Núcleo Milenio Física de la Materia Activa, centro académico que investigará cuestiones fundamentales relacionadas con este campo como, por ejemplo, las condiciones físicas necesarias para la vida, la autoorganización y el movimiento colectivo de seres vivos, los flujos de energía e información al interior de una célula o la capacidad de generar máquinas auto ensambladas.

Nuestro equipo reúne a un grupo joven de investigadores para estudiar teórica, numérica y experimentalmente la física de la materia activa.

Los investigadores Rodrigo Soto, Felipe Barra y María Luisa Cordero, profesores de tiempo completo en el Departamento de Física de la Universidad de Chile, conforman el corazón de este Núcleo y cuentan con una gran experiencia en física de no equilibrio, materia activa, microfluídica y biofísica. A ellos se suman un grupo multidisciplinario de investigadores nacionales e internacionales.

Su objetivo último es construir una teoría termodinámica para la Materia Activa, que abarque a los otros sistemas fuera de equilibrio y lograr que –a largo plazo- estos conocimientos puedan impactar en nuevas tecnologías de interés biológico.