"Nous montrons qu'individuellement, les particules « muettes » peuvent s'auto-organiser loin de l'équilibre en dissipant de l'énergie et en émerger avec un trait collectif qui s'adapte dynamiquement à et reflète leur environnement, " a déclaré Chad Ropp, co-auteur principal de l'étude, chercheur postdoctoral dans le groupe de Zhang. "Dans ce cas, les particules suivaient le 'battement' d'une onde sonore générée par un haut-parleur d'ordinateur."

Notamment, après que les chercheurs aient intentionnellement rompu le groupe des particules, les pièces se rassemblaient, montrant une capacité d'auto-guérison.

Ropp a noté que ce travail pourrait éventuellement conduire à une grande variété d'applications "intelligentes", comme le camouflage adaptatif qui répond aux ondes sonores et lumineuses, ou des matériaux vierges dont les propriétés sont écrites à la demande par des lecteurs contrôlés de l'extérieur.

Alors que des études antérieures ont montré que les particules sont capables de s'auto-assembler en réponse à une force externe, cet article présente un cadre général que les chercheurs peuvent utiliser pour étudier les mécanismes d'adaptation dans les systèmes hors équilibre.

"La distinction dans notre travail est que nous pouvons prédire ce qui se passe - comment les particules se comporteront - ce qui est inattendu, " a déclaré un autre co-auteur principal Nicolas Bachelard, qui est également chercheur postdoctoral dans le groupe de Zhang.

Comme les ondes sonores voyageaient à une fréquence de 4 kilohertz, les particules de diffusion se déplaçaient à environ 1 centimètre par minute. Dans les 10 minutes, le schéma collectif des particules a émergé, où la distance entre les particules était étonnamment non uniforme. Les chercheurs ont découvert que les particules auto-assemblées présentaient une bande interdite phononique - une gamme de fréquences dans laquelle les ondes acoustiques ne peuvent pas passer - dont le bord était inextricablement lié, ou "esclave, " à l'entrée 4 kHz.

"C'est une caractéristique qui n'était pas présente avec les particules individuelles, " dit Bachelard. " Il n'est apparu que lorsque les particules se sont collectivement organisées, c'est pourquoi nous appelons cela une propriété émergente de notre structure dans des conditions de non-équilibre."

La conception expérimentale n'aurait guère pu être plus simple. Pour le guide d'ondes, les chercheurs ont utilisé un tube acrylique de 2 mètres de long qui contenait une piscine de 5 millimètres de profondeur d'une solution de glycérine et d'eau. Les particules étaient constituées de pailles flottant au-dessus d'un morceau de plastique plat, et la source sonore provenait de haut-parleurs d'ordinateur standard que les chercheurs ont dirigés dans le tube via un entonnoir en plastique. La mesure des ondes sonores s'est avérée être la partie la plus technique de l'expérience.

"C'est quelque chose que vous pourriez faire vous-même dans votre garage, " a déclaré Ropp. "C'était une expérience très bon marché avec des pièces disponibles dans votre quincaillerie du coin. À un moment donné, nous avions besoin de pailles plus grosses, alors je suis sorti et j'ai acheté du thé boba. La configuration était extrêmement simple, mais cela montrait magnifiquement la physique."

L'expérimentation s'est focalisée sur les ondes acoustiques car l'insonorisation était plus facile à réaliser, mais les principes qui sous-tendent le comportement qu'ils ont observé seraient applicables à n'importe quel système de vagues, les chercheurs ont dit.

Cette recherche fondamentale pourrait servir de base au développement de réseaux intelligents qui effectuent des calculs non algorithmiques simples, avec un avenir vers des systèmes qui prennent des décisions de type sensible, les chercheurs ont dit.

"Je peux penser à des parallèles avec les cerveaux artificiels, avec des sections qui répondent à des « ondes cérébrales » de fréquences différentes, malléables et reconfigurables, " dit Ropp.