Investigadors del Campus de Terrassa creen un nou mètode per identificar l’ordre dins de sistemes caòtics complexos

Masoller, Torrrent, AragonesesLa  tècnica emprada és molt més senzilla i més accessible que altres que es feien servir fins ara i  es podria utilitzar per estudiar el comportament de les xarxes socials, dels terratrèmols o de l’activitat neuronal.

 

Investigadors del grup de recerca Dinàmica no Lineal, Òptica no Lineal  i Làsers (DONLL) de la Universitat Politècnica de Catalunya·Barcelona Tech (UPC) al Campus de Terrassa, del Departament de Teoria del Senyal i comunicacions de la mateixa UPC i de la Universitat de Aberdeen (Escòcia)  han desenvolupat un nou mètode basat en l’escala temporal amb el que distingir  comportaments ordenats dins de seqüències d’inestabilitats generades a sistemes altament complexos. El treball s’ha publicat a la prestigiosa revista Scientific Reports (Nature Publishing Group).

 

A la pel·lícula ‘Contact’ (1997), protagonitzada per Jodie Foster, l’equip de científics que esbrinen l’origen i el significat d’uns senyals acústics extraterrestres acaben per descobrir que darrera del soroll i de la freqüència temporal dels sons  s’amagaven camuflades, entre un suposat caos,  imatges de la Història contemporània i els plànols d’una misteriosa esfera.

Recentment, i en la ciència real, un equip d’investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya·BarcelonaTech (UPC) i de la Universitat d’Aberdeen han aconseguit amb una nova metodologia molt més senzilla que les que es feien servir fins ara, separar l’ordre del caos. Els investigadors han desenvolupat un mètode molt accessible,  tant des del punt de vista conceptual com de càlcul,  amb el que han separat en dos grups diferenciats les inestabilitats d’un làser. Per un costat han identificat el grup d’inestabilitats que es manifesten amb una distribució aleatòria, i d’altre, el grup d’inestabilitats amb una seqüenciació i una estructura clara.

L’escala temporal és la clau

Hi ha dues causes de l’aparició d’inestabilitats a un làser de semiconductor. Poden aparèixer de manera espontània  degut al soroll, o bé es poden induir per uns processos ben definits que generen  una seqüenciació d’inestabilitats  amb cert grau d’ordre. Quan el soroll produeix una inestabilitat, el làser  pot fer dues coses: tornar al  seu punt d’equilibri i esperar que el soroll el torni a desestabilitzar; o bé continuar produint més inestabilitats abans de tornar al punt estable. Els investigadors del grup DONLL de la UPC han  descobert que aquestes darreres inestabilitats  tenen un cert ordre que no es veu.  Segons  Andrés Aragoneses, “ens hem adonat que la manera de discriminar unes inestabilitats  de les altres es basa en l’escala temporal. L’ordre amagat és el causant de que  les inestabilitats induïdes estiguin més juntes que les que estan  produïdes aleatòriament pel soroll. De fet, fent servir el nostre mètode, podem arribar a dir quines han estat produïdes per soroll i quines induïdes.” afirma Andrés Aragoneses, un dels autors del treball.

Detectar una melodia suau en un estadi de futbol

Andrés Aragoneses  continua explicant que “el que hem fet es igual a  detectar una melodia suau i tènue en mig d’un ambient sorollós, igual que  si haguéssim  separat la melodia  d’una cançó en mig d’un estadi de futbol  a vesar de públic. A més, seguint aquesta similitud,  hem estat capaços d’identificar una seqüenciació de notes ben estructurada”, explica Aragoneses.

 

Un descobriment important

Des del punt de vista científic aquesta demostració és molt important perquè a partir d’ara, partint  d’una seqüència de esdeveniments caòtica i sense regularitat aparent,  es podrà identificar una estructura clara, produïda per lleis concretes, aïllant el soroll  que l’emmascara i esbrinar d’aquesta manera el  seu comportament, i tot amb una nova metodologia senzilla i molt menys complexa que les ara existien

Terratrèmols, xarxes socials i activitat neuronal

 

La tècnica utilitzada pels investigadors de la UPC i de la Universitat d’Aberdeen podria ser molt útil per analitzar, per exemple, el comportament de les xarxes socials, perquè els mecanismes de comunicació amb els que funcionen estan governats per interaccions entre usuaris amb una component aleatòria i una component d’ordre. “Un primer ‘sms’ o ‘twit’ es produeix de manera aleatòria quan algú té alguna cosa a dir i aquest va seguit de respostes amb cert ordre i estructura, induïts pel primer”, continua explicant  Aragoneses.

 

“També podrien avançar en l’estudi de la freqüència amb que es produeixen els  terratrèmols amb el nostre mètode, ja que hi ha grups de terratrèmols que estan relacionats (amaguen cert ordre) però que no estan relacionats amb altres grups de terratrèmols. Desprès d’un gran terratrèmol sempre segueixen petites rèpliques que desapareixen amb el temps”, argumenta Andrés Aragoneses.

 

Segons els investigadors del grup DONLL, altra aplicació possible d’aquesta nova metodologia és entendre millor l’activitat neuronal ja que les respostes elèctriques de les neurones tenen una estructura molt semblant a les inestabilitats dels làsers emprats en aquest estudi.

 

A més d’Andrés Aragoneses, l’equip que ha aconseguit identificar l’ordre dins  del caos d’un làser amb un nou mètode  està composat pel mateix, Maria Carme Torrent i Cristina Masoller, investigadors del grup de recerca Dinàmica no Lineal, Òptica no Lineal  i Làsers (DONLL) de la UPC al Campus Terrassa, de Jordi Tiana-Alsina, del Departament de Teoria del Senyal i comunicacions de la UPC i Nicolás Rubido, de la Universitat de Aberdeen (Escòcia)

 

Accedir a l’article
http://www.nature.com/srep/2013/130507/srep01778/full/srep01778.html