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Osservando i bambini in età prescolare, i ricercatori hanno identificato due nuove fasi del movimento collettivo di tipo termodinamico. I movimenti liberi e indipendenti dei bambini sarebbero paragonabili ad una fase gassosa, mentre le riunioni in piccoli gruppi dinamici evocherebbero uno stato di coesistenza della fase gassosa e liquida. Queste osservazioni potrebbero avere implicazioni sia per le scienze comportamentali che per la biologia e l’epidemiologia.
Negli ultimi anni, i fisici hanno dimostrato che i movimenti degli animali mostrano fasi di tipo termodinamico. Negli esseri umani, questi movimenti sono stati studiati principalmente in folle su scale diverse. Ai volontari viene solitamente chiesto di svolgere compiti specifici, mentre i parametri dei loro movimenti vengono registrati in laboratorio. Ad esempio, gli esperimenti hanno dimostrato che i flussi dinamici della folla mostrano un comportamento fluido, con velocità in linea con la legge di distribuzione di Maxwell-Boltzmann (la distribuzione delle velocità di un gas o di un fluido a una certa temperatura).
Studi recenti hanno suggerito che le folle umane mostrano comportamenti più sfumati. Gli incontri, come riunioni e conferenze, ad esempio, sono caratterizzati da movimenti limitati. Le interazioni sociali possono quindi influenzare i parametri fisici. Da un punto di vista fisico, questi scenari (raduni dinamici e non) possono corrispondere a fasi diverse con proprietà distinte.
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I ricercatori dell’Università di Miami hanno approfondito il modo in cui le interazioni sociali possono influenzare le fasi dei movimenti collettivi. Hanno avanzato l’ipotesi che queste interazioni potrebbero dar luogo a una transizione di fase liquido-vapore. Questa ipotesi è stata precedentemente esplorata negli animali e negli sciami robotici.
Tuttavia, le fasi dei movimenti collettivi umani sono state finora studiate solo su coorti che si muovono in media a velocità relativamente elevate (maggiori di 1 m/s). “ La possibilità che una fase diversa possa potenzialmente emergere in regimi a bassa velocità che potrebbero essere influenzati da forti interazioni sociali non è stata ancora esplorata. », spiegano nel loro documento, pubblicato sulla rivista Revisione fisica E.
Individuazione di due tipologie di fasi di movimento
I ricercatori hanno selezionato gruppi di bambini in età prescolare (dai 2 ai 4 anni) per osservarli in 4 diverse aule e aree gioco. Questa età permette di studiare movimenti la cui velocità non supera il metro al secondo. Un dispositivo di identificazione a radiofrequenza a banda ultralarga (UWB-RFID) è stato utilizzato per raccogliere dati spaziotemporali ad alta risoluzione dei movimenti dei bambini. “
L’utilizzo della tecnologia UWB-RFID consente di tracciare con precisione i movimenti dei bambini », indicano gli esperti in un comunicato.
Sono stati identificati due tipi distinti di fasi di movimento. La prima, chiamata fase gassosa, si verifica quando i bambini si disperdono liberamente e in modo indipendente. La seconda, chiamata fase di coesistenza liquido-vapore, si verifica quando i bambini si riuniscono in piccoli gruppi, paragonabili a gocce di liquido, e alcuni entrano o escono da questi gruppi come vapore. Questa fase transitoria, confermando l’ipotesi di una transizione di fase liquido-vapore dovuta all’interazione sociale, è associata ad una minore velocità di movimento e ad una maggiore densità di bambini.
Vedi anche
Traiettorie e diagramma velocità-densità. (UN)
Illustrazione di 300 secondi delle traiettorie di nove individui provenienti da classi di gioco libero (LC) a basso tasso. I colori e le frecce identificano rispettivamente individui specifici e il loro orientamento. (B) La dispersione colorata rappresenta rispettivamente LC1 (cerchio rosso), LC2 (quadrato giallo), aule con un elevato livello di gioco libero, oppure HC (diamante blu) e aule con un livello di gioco molto elevato, PG (esagono ciano). I triangoli grigi rappresentano i dati misurati nella letteratura esistente. I triangoli grigio chiaro indicano i dati provenienti da studi che includono singoli partecipanti a densità non registrate. © Yi Zhang et al.
Il team ha poi sviluppato da questi dati empirici un modello fisico statistico che riproduce le due fasi identificate. Il modello è stato utilizzato per stabilire un diagramma di fase standard per il movimento collettivo umano a velocità medie inferiori a 1 m/s. Questo diagramma potrebbe potenzialmente portare a informazioni preziose per, ad esempio, migliorare la gestione della folla e le strategie educative, nonché una migliore comprensione dei dati epidemiologici.
Inoltre, “la tecnologia UWB-RFID proposta può essere utilizzata anche per studiare la dinamica dei sistemi di materia attiva, compreso il comportamento animale, il coordinamento di sciami robotici e il monitoraggio delle interazioni umane all’interno di sistemi complessi, il che potrebbe apportare benefici alla ricerca futura nel campo della fisica sociale”. concludono i ricercatori.
