Física / Matemática

Los laberintos más complejos podrían servir para solucionar problemas mundiales

Los científicos diseñaron una infinidad de “laberintos” cada vez más grandes en estructuras irregulares, que describen la materia exótica conocida como cuasicristales

Imagen de un ciclo hamiltoniano.

Imagen de un ciclo hamiltoniano. / Crédito: Universidad de Bristol.

Pablo Javier Piacente

Un conjunto de creaciones laberínticas únicas, inspiradas en los movimientos de las piezas en un tablero de ajedrez, podrían ayudar a desentrañar problemas graves para el planeta y para la humanidad. Por ejemplo, lograrían propiciar la simplificación de distintos procesos industriales, desde la captura de carbono hasta la producción de fertilizantes.

Investigadores de la Universidad de Bristol, en el Reino Unido, han desarrollado una serie de laberintos considerados como los más complejos que se han podido diseñar hasta hoy: basados en el movimiento que describen algunas piezas de ajedrez, serían capaces de optimizar el uso de los cuasicristales, con amplio potencial en la captura de CO2 (dióxido de carbono) o en el mejoramiento de la eficiencia de diversos procesos industriales, como aquellos ligados a la producción de fertilizantes para la agricultura.

Inspirados en el ajedrez

Según describen en un estudio publicado en la revista Physical Review X y en arXiv, los científicos apreciaron que la pieza de ajedrez conocida como caballo, que salta dos cuadrados hacia adelante y uno a la derecha, visita cada cuadrado del tablero de ajedrez una sola vez antes de regresar a su posición inicial. Se trata de un ejemplo de los denominados ciclos hamiltonianos, que desarrollan un bucle a través de un mapa visitando todos los puntos de parada una única vez.

De acuerdo a una nota de prensa, diseñaron complejos laberintos basados en este tipo de ciclos hamiltonianos, que podrían utilizarse para gestionar mejor a los cuasicristales en procesos industriales. Los físicos teóricos construyeron una infinidad de ciclos hamiltonianos cada vez más grandes, en estructuras irregulares que describe la materia exótica conocida como cuasicristales.

Como se indica en un artículo publicado en Science Alert, un cuasicristal es un material en el que los átomos forman un patrón, pero el patrón no se repite perfectamente como en los cristales tradicionales, como por ejemplo la sal o el cuarzo. Pueden parecer bastante similares, pero las secciones superpuestas de los patrones en los cuasicristales no coincidirán, ya que son irregulares.

Laberintos: complejidad y sencillez al mismo tiempo

Esta cuestión aparentemente tan compleja, de laberintos diseñados sobre cuasicristales, podría ser en realidad mucho más sencilla de lo que parece. “Mostramos que ciertos cuasicristales proporcionan un caso especial en el que el problema es inesperadamente simple. En este contexto, por lo tanto, hacemos que algunos problemas aparentemente imposibles sean manejables. Esto podría incluir propósitos prácticos que abarcan diferentes reinos de la ciencia”, indicó en el comunicado el Dr. Felix Flicker, uno de los autores del estudio.

Los laberintos creados sobre los cuasicristales terminan configurando estructuras conocidas como fractales: en definitiva, los diseños parecen optimizar el estudio microscópico de los cuasicristales y potenciar su utilización en diversos contextos industriales.

Los resultados de la investigación demuestran que los cuasicristales pueden ser adsorbentes altamente eficientes. Un uso de la adsorción es la captura y almacenamiento de carbono, en el que las moléculas de CO2 no pueden entrar en la atmósfera. También podrían reducir la energía de las reacciones químicas que requieren los catalizadores en ciertos procesos industriales, como por ejemplo la producción de fertilizantes para la agricultura, generando una producción más eficiente.

Referencia

Hamiltonian cycles on Ammann-Beenker Tilings. Shobhna Singh, Jerome Lloyd and Felix Flicker. Phys. Rev. X (2024). DOI:http://dx.doi.org/10.48550/arXiv.2302.01940