Un equipo internacional de físicos dirigido por la Universidad de Ámsterdam ha descubierto una nueva vía para formar un cristal de tiempo en un metamaterial impreso en 3D, observando cómo vibraciones caóticas se organizan espontáneamente en un ritmo sincronizado global conocido como coarsening de ondas.
El experimento con el panal de 37 unidades en Ámsterdam
La investigación, publicada en la revista Nature, parte del trabajo de científicos como Jonas Veenstra y Jack Binysh en el Instituto de Física de la Universidad de Ámsterdam, junto a colegas de instituciones en Delft, Leiden, Birmingham y Cambridge, bajo la dirección de los autores sénior Anton Souslov y Corentin Coulais. Para probar sus teorías fuera de los entornos microscópicos habituales, el equipo construyó un metamaterial mecánico a escala centimétrica compuesto por 37 unidades conectadas en una red de tipo panal.
La Universidad de Ámsterdam está jugando a ser Dios: tienen un metamaterial que evoluciona y se mueve por sí solo https://t.co/IfcTzSysiM
Cada unidad consistía en tres hexágonos elásticos equipados con sensores, actuadores y un diminuto controlador electrónico. Los investigadores programaron estos componentes para reaccionar de manera asimétrica entre vecinos: al comprimir un hexágono, su vecino en sentido horario también se comprimía, mientras que el situado en sentido antihorario se expandía. Al dar un pequeño empujón inicial a la estructura para introducir perturbaciones aleatorias, las unidades comenzaron a vibrar inicialmente de forma rápida a unas 30 veces por segundo.
Cómo el coarsening de ondas transforma vibraciones caóticas
A medida que transcurría el experimento, el sistema exhibió una transición dominada por el fenómeno bautizado como coarsening de ondas. Pequeñas ondas viajaban alrededor del borde del material y absorbían las oscilaciones más rápidas. Conforme estos ripples o rizos crecían en longitud y amplitud, sus oscilaciones disminuían de velocidad hasta que toda la estructura se movía al unísono en un ritmo aut Sostenido.
Este comportamiento rompe con la intuición termodinámica tradicional. Mientras que los procesos de relajación habituales en materiales como el hierro magnetizado o las emulsiones avanzan por difusión y pérdida de energía hacia el equilibrio, estas interacciones no recíprocas operan lejos de él. Mediante simulaciones por ordenador y análisis matemáticos, los físicos comprobaron que este estado persistía incluso al introducir ruido digital, demostrando que el orden temporal resistía perturbaciones externas.
Anticipamos que el coarsening de ondas representa una ruta ejemplar hacia la cristalización temporal en sistemas con simetrías adicionales y modos de Goldstone asociados, los cuales pueden aprovecharse como estrategia de control para cambios de forma y movimiento dirigido en campos como la robótica blanda, la materia activa y la optomecánica con transiciones de fase no recíprocas.
Pruebas en el anillo de torsión y perspectivas futuras
Para demostrar que el fenómeno no dependía de la geometría fija del panal, el equipo construyó un anillo elástico de 24 celdas unitarias torsionales y lo hizo flotar sobre una mesa de aire para reducir al mínimo la fricción. Al activarlo, ondas viajeras recorrieron la circunferencia y deformaron el anillo en polígonos cambiantes que convergieron en un único patrón de gran escala.
Los precedentes históricos sitúan el primer cristal de tiempo discreto en redes de iones atrapados en 2017, seguidos por cristales continuos en sistemas atómicos, fotónicos y de gases de Rydberg. Sin embargo, la gran mayoría de estas realizaciones anteriores vivían en dominios cuánticos o microscópicos muy frágiles. Este nuevo acercamiento traslada el fenómeno a dispositivos mecánicos macroscópicos y abre caminos inexplorados para programar materiales capaces de coordinar su propia locomoción y gesticulación mecánica sin un control centralizado.
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