miniaturadaimagem|Um bando de ave estorninhos, um exemplo de comportamento animal coletivo. Na física, matéria ativa se refere a um sistema complexo composto por um grande número de elementos autodirigidos que consomem energia para se mover ou trabalhar. Estão fora do equilíbrio termodinâmico, pois ao contrário dos sistemas termodinâmicos que vão em direção ao equilíbrio e ao contrário dos sistemas com condições de contorno que impõem fluxos constantes, os sistemas de matéria ativa quebram a simetria de reversão do tempo porque a energia é continuamente dissipada pelos elementos individuais o sistema. A maioria dos exemplos de matéria ativa são de origem biológica e abrangem todas as escalas de seres vivos, desde bactérias e biopolímeros auto-organizados, como microtúbulos e actina (que fazem parte do citoesqueleto de células vivas), até cardumes de peixes e bandos de pássaros. E trabalhos experimentais atuais são dedicados aos sistemas ativos sintéticos, como partículas autopropelidas artificiais (move-se com propulsão própria). A matéria ativa é um conceito relativamente novo no campo da matéria condensada mole (coloide, polímero, espuma, gél), onde o modelo mais estudado, é o modelo matemático de Vicsek de 1995.
A pesquisa sobre matéria ativa combina técnicas analíticas, simulações numéricas e experimentos, onde as principais abordagens teóricas incluem hidrodinâmica, teoria cinética e, termodinamica não equilibrada (mecânica estatística de não equilíbrio). Os estudos numéricos envolvem principalmente modelos de partículas autopropelidas, modelos baseados em agentes, como algoritmos de dinâmica molecular ou modelos de gás reticulado, bem como simulações computacionais de equações hidrodinâmicas de fluidos ativos.
Os experimentos em sistemas biológicos abrangem uma ampla gama de escalas:
grupos de pessoas e animais: bandos de pássaros, cardumes de mamíferos, cardumes de peixes e enxames de insetos; colônias de micronadadores: bactérias, algas e, espermatozoides; tecidos celulares: camadas de tecido epitelial, crescimento tumoral e embriogênese; componentes citoesqueléticos: redes de actina-miosina e, filamentos acionados por motores moleculares.
Os experimentos em sistemas artificiais incluem
colóides autopropulsionados: partículas propulsionadas foreticamente; matéria granular acionada: monocamadas vibradas; robôs de enxame, e; rotadores Quinke.
Material quase vivo Um metamaterial "inteligente" sintético composto por matéria ativa foi produzido na China por Chunli Yang e equipe no Instituto de Tecnologia de Harbin (na província de Heilongjiang), feito a partir de polímero com memória de forma, dando a capacidade do metamaterial impresso em 4D se reprogramar para diferentes tarefas sem a necessidade de ferramentas (um material quase vivo). Este metamaterial de polímero póde mudar a: forma, rigidez e, função, semelhante ao canivete suíço que consegue resolver múltiplos problemas.
O polímero com memória de forma, voltam à sua forma original, mas podem incorporar outros materiais para assumir diversos formatos com diferentes estímulos. Os protótipos sintetizados na China estimulados (por luz, calor, eletricidade ou, campo magnético) podem torcer, enrijecer, ou amolecer. Além de ter múltiplas formas simultaneamente e alternar entre elas quando necessário.
Referências
Categoria:Biofísica Categoria:Mecânica estatística Categoria:Matéria mole