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FISICA/ Il mistero di insetti e uccelli: insieme come le particelle...

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Il volo elegante e coordinato di stormi di uccelli migratori è uno degli spettacoli più suggestivi dei cieli dei mesi autunnali; ma può anche diventare oggetto di ricerca per matematici, fisici e studiosi dei sistemi complessi. È il caso di Irene Giardina, dell'Istituto dei sistemi complessi del Cnr di Roma (Isc-Cnr), che figura fra i recenti vincitori dei finanziamenti europei per i giovani ricercatori assegnati dall’European Research Council (Erc) dal quale ha ricevuto un grant per un progetto sullo studio degli stormi di uccelli e degli sciami di insetti. Ilsussidiario.net l’ha interpellata per parlare di questa originale ricerca.

L’argomento del suo progetto è piuttosto singolare: come è nata l’idea di uno studio del genere?


Stormi di uccelli e sciami di insetti rappresentano esempi paradigmatici di comportamento collettivo auto-organizzato: non esiste alcun  leader che guidi i compagni,  ma al contrario il moto di gruppo è determinato unicamente dalle interazioni tra gli individui. Per esempio, nel caso degli uccelli ogni individuo cerca di “imitare” i vicini, volare in media nella loro stessa direzione e rimanere vicino a essi.
Questa tendenza locale al mutuo allineamento si propaga poi all'intero sistema e quello che ne risulta è un gruppo globalmente polarizzato. Da un punto di vista meccanicistico, questo fenomeno ricorda ciò che accade in fisica in molti sistemi di particelle interagenti: anche in questo caso l'ordine globale tipicamente emerge da interazioni che sono locali.
L'esempio più simile agli uccelli è quello del ferromagnetismo, in cui i momenti magnetici degli spin (cioè del moto rotatorio) di particelle vicine tendono ad allinearsi e a bassa temperatura ne risulta un sistema globalmente magnetizzato.
Lo studio di fenomeni collettivi in sistemi di entità interagenti ha una lunga tradizione in fisica statistica e della materia, mio campo di formazione e ricerca. Dunque, l'idea del mio progetto è quella di cercare di applicare concetti, metodologie e approcci teorici tratti dalla fisica statistica per cercare di comprendere meglio l'origine mircoscopica dei fenomeni collettivi nei gruppi animali.
Il problema cruciale è comprendere quali siano precisamente le interazioni tra individui e le regole dinamiche seguite dai singoli. La convinzione generale è che gli individui seguano regole basate sull’imitazione (vedi l’esempio degli uccelli). Quale sia la precisa natura di tali regole, tuttavia, è ancora largamente ignoto.

Da quanto tempo state studiando il comportamento degli uccelli?


Nel caso degli uccelli (flocking), il mio gruppo ha già una notevole esperienza. Io e il dottor Cavagna (che collabora con me anche nella ERC) ci siamo occupati di flocking negli ultimi cinque anni, inizialmente nell'ambito di un grosso progetto europeo sull'argomento. Il progetto SWARM (sciame), per il quale ho ricevuto il grant dell’ERC, mira ad estendere la nostra ricerca agli sciami di insetti e affrontare uno studio comparativo (uccelli vs insetti), esportando, come dicevo, metodi sperimentali e di analisi della fisica statistica


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