Els estornells no necessiten classes de ball

Un investigador de l’IFISC (UIB-CSIC), Javier Aguilar, aplica models físics i matemàtics per explicar el moviment de les bandades d’aquests ocells

Ordenar la cuina després d’un bon àpat, organitzar i classificar els papers de l’escriptori o els llibres d’una estanteria, seguir correctament les passes d’un professor de ball, posar com toca els maons en un edifici, un damunt de l’altre... Els humans sabem molt bé l’esforç que representa col·locar les coses en perfecte ordre. A la natura, però, hi ha múltiples casos en què l’ordre i la sincronització emergeixen de manera espontània, sense quasi esforç i sense el treball extra de cap líder. És el cas, per exemple, de les bandades d’estornells i els seus harmoniosos moviments, prodigiosament sincronitzats.

Milers d’ocells són capaços de volar junts a gran velocitat, tots al mateix temps, executant increïbles i sobtades maniobres perfectament coordinades, formant així, generalment a l’època hivernal, grans estols negres que són impressionants de veure i de sentir. Però què hi ha darrere d’aquests moviments tan espectaculars? No només els biòlegs han tractat de cercar una resposta a aquesta pregunta. Els físics, a alguns dels quals també els agraden l’ornitologia i els estornells, fa anys que els estudien i han trobat coses bastant sorprenents. Ni són telèpates, ni tenen wi-fi, ni es comuniquen de manera electromagnètica. L’explicació científica d’aquesta increïble sincronització en ple vol cal cercar-la en les lleis de la física.

Pint of Science Palma 2018

Ho va contar aquesta setmana Javier Aguilar, un investigador de l’Institut de Física Interdisciplinària i Sistemes Complexos (IFISC, UIB-CSIC), en el transcurs del Pint of Science Palma 2018, el festival de divulgació científica que proposa una trobada entre els investigadors i el públic als bars i que enguany ha tingut lloc a Palma per segon any consecutiu i amb gran èxit de participació ciutadana. En aquest marc, Aguilar va recordar les feines fetes fins ara per part de la comunitat científica per tractar d’explicar els moviments sincronitzats dels esbarts d’ocells. Les correlacions en aquestes grans bandades també poden divergir, com en aquell joc del “telèfon interromput”, en el qual una persona comença la comunicació d’un missatge, important i secret, i després aquest missatge es transmet a la resta. Com de lluny pot arribar aquest missatge, amb el seu sentit original, no és una cosa trivial, perquè defineix la longitud de correlació del grup i que el missatge pugui continuar avançant correctament o que quedi interromput.

Tornem als estornells. Quan un ocell envia un missatge a la resta de la bandada, en principi aquest missatge pot arribar a tots els altres individus del grup, no importa com de gran i dens sigui l’estol. Volar coordinadament i fer girs sobtats implica una despesa d’energia molt gran, perquè els ocells no es desplacen a cap lloc concret, i tot i així, es mouen. Deixant de banda els motius pels quals decideixen formar aquestes masses compactes, que els biòlegs solen atribuir a un sistema de defensa contra l’atac de possibles depredadors, cal preguntar-se de quina manera els estornells aconsegueixen comunicar-se entre ells i fer tants moviments acrobàtics. I aquí és on comença la feina dels físics.

L’investigador de l’IFISC defensa que els esbarts funcionen de manera sincronitzada amb un règim d’igualtat, és a dir, no hi ha cap ocell/líder que ordeni a la resta cap on anar. Tots fan servir la seva percepció parcial de la situació per escollir on moure’s, seguint unes lleis i regles molt senzilles individualment gràcies a les quals després emergeix un comportament col·lectiu molt més complex. Segons Aguilar, descriure “matemàticament” un ocell pot ser un poc “dur” perquè implica transformar la bellesa i la morfologia d’un estornell a una simple fletxa, o indicador de posició, que cal posar a un ordinador per poder fer les simulacions que calguin i així entendre’n els moviments.

L’informàtic Craig D. Reynolds també va emprar indicadors, fletxes i models numèrics. Ell volia dissenyar un model de moviment d’ocells i peixos i va començar plantejant-se com transmetre matemàticament el fet que els estornells només tenen una percepció parcial del seu entorn, emmarcat a un radi que només té en compte els ocells que hi són dins i, en canvi, fa invisibles els que queden fora del radi. Per resoldre l’enigma, Reynolds va establir una sèrie de regles per entendre el comportament sincronitzat de les bandades: cohesió (forma compacta), exclusió (evitar col·lisions), alineació (volar en la mateixa direcció) i velocitat constant. Dit d’una altra manera, els ocells s’estimen molt i prefereixen anar junts que separats. S’estimen, però no són beneits i, per tant, no volen xocar entre ells, o sigui que quan estan molt junts tracten d’allunyar-se els uns dels altres. Tots procuren anar en la mateixa direcció i intenten volar a una velocitat constant, en principi de manera natural sense frenades ni accelerades.

Aguilar, que actualment està fent un màster de física de sistemes complexos organitzat per l’IFISC, ha codificat totes aquestes regles i les ha posades a un ordinador, a vegades canviant la ponderació de les forces, obtenint-ne vídeos que simulen moviments sotmesos a les lleis fonamentals de Newton. “Com que formen bandades, els ocells tractaran sempre de volar prop dels seus veïns, per la regla de la cohesió; i també miraran d’allunyar-se’n per no pegar-se i de rotar per seguir la mateixa direcció que la resta d’ocells”, explica l’investigador de l’IFISC. Al principi, cada individu apunta una direcció diferent i aleatòria, però arriba un moment en què tots agafen la mateixa direcció. Adverteix, no obstant això, que no totes les regles són iguals d’importants i que el radi d’interacció de cada ocell pot diferir.

Les preguntes no acaben aquí. Per exemple, què es més important: entendre el moviment o el comportament? Per a què serveix construir models matemàtics que expliquin el desplaçament dels estornells? Quina és la seva utilitat? Craig D. Reynolds va construir models per fer pel·lícules d’animació que avui dia es continuen aplicant, tot i que les tècniques de producció cinematogràfica han evolucionat considerablement. El moviment dels estornells té un component estètic molt alt. No és el primer cop que s’elaboren softwares vinculats a obres d’art. “Vivim a una societat profundament utilitarista -apunta Aguilar- i segur que ja hi ha algú que vol treure’n un rèdit econòmic”.

Els models de Reynolds i d’Aguilar també poden servir per estudiar, un cop adaptats convenientment, els moviments d’altres espècies i així entendre com es mou un ramat d’ovelles o un banc de peixos. Es podria estudiar des del punt de vista de microescala, com en el cas dels flagels d’espermatozoides, amb un tipus de moviments col·lectius similars. Així mateix, amb aquests softwares es podrien instal·lar nano i microrobots dins del cos dels humans i deixar anar els fàrmacs en llocs molt específics, o aïllar partícules que siguin nocives per a nosaltres. Després de tot, els humans ja fa temps que “copiam” determinats aspectes estètics i pràctics de la natura per aplicar-los a la tecnologia i a la nostra vida quotidiana. Certament, l’increïble vol dels estornells implica ordre, sincronització, però suggereix moltes més coses de les quals els humans potser un dia arribarem a treure encara un major profit. Serà amb l’ajut dels físics, és clar.

MOBILITAT HUMANA, ‘QUO VADIS’?

Com ens movem els humans i cap on ens desplaçam dictamina quines parts del món hem explorat, amb qui ens trobam i fins i tot com es propaga la grip i altres malalties. Juan Fernández és un estudiant postdoctoral de l’IFISC i dimarts passat va xerrar de models de mobilitat humana també en el marc del festival Pint of Science Palma 2018 detallant les característiques dels nostres desplaçaments, com ara la barreja d’escales temporals i espacials, a través de diferents fonts de dades: cens, telèfons mòbils, xarxes... L’investigador de l’IFISC també va repassar alguns dels models teòrics més rellevants que s’han desenvolupat per comprendre els tipus de trajectòries, els fluxos migratoris i les seves utilitats, com l’organització de serveis de transport públic i la influència social que pot tenir un municipi sobre un altre en funció del desplaçament dels seus habitants.

Durant tres dies consecutius, científics de l’IFISC i del Grup de Relativitat i Gravitació (GRG-UIB) han transformat l’icònic bar Palma 80’s Cafè, ubicat a la plaça Madrid de Palma, en un punt de trobada per explicar en format divulgatiu i de manera informal els temes en els quals treballen, sempre amb un llenguatge planer i assequible. Pint of Science Palma començà dilluns amb una jornada dedicada al cervell. Cristian Estarellas i Adrián García, ambdós membres de l’IFISC, van explicar com funcionen les xarxes neuronals, tant biològiques com artificials. L’endemà, la jornada va estar protagonitzada pel moviment i el desplaçament. Per acabar, en el tercer dia, Daniele Viganò, Leïla Haegel i Marta Colleoni, del GRG-UIB, van explicar els secrets dels forats negres i la vida dels estels. En l’àmbit de l’Estat, Pint of Science ha inclòs enguany 308 esdeveniments impartits per 730 científics a 105 bars. Pint of Science va néixer l’any 2013 de la mà de dos investigadors de l’Imperial College de Londres, però ràpidament la idea es va estendre a altres països.

Etiquetes