Descoberta sobre sincronização em sistemas complexos foi publicada publicada na Nature Communications
Pesquisadores descobriram um novo tipo de sincronização em sistemas complexos — conjuntos de elementos que interagem entre si e com o ambiente — que desafia uma das ideias centrais da área, aceita há mais de 400 anos. Publicado na revista Nature Communications com apoio do Instituto Serrapilheira, o estudo liderado por cientistas do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP) mostra que sistemas podem apresentar comportamento sincronizado mesmo quando a interação entre seus componentes não segue a lógica tradicional baseada em relações entre pares. Entre os autores estão o matemático brasileiro Tiago Pereira e o holandês Eddie Nijholt, pesquisadores do ICMC-USP.
A sincronização é um fenômeno em que diferentes elementos passam a atuar de maneira coordenada. Aparece em diversos sistemas naturais e tecnológicos, como a atividade de neurônios no cérebro, redes elétricas e outros sistemas complexos. Desde o século 17, quando o físico holandês Christiaan Huygens observou dois relógios de pêndulo sincronizados, a explicação dominante era de que esse comportamento surgia a partir da interação direta entre os elementos envolvidos.
O novo estudo mostra que essa regra não é suficiente para explicar todos os casos. Os pesquisadores demonstraram que, em determinados sistemas, a sincronização pode surgir apenas quando três ou mais componentes interagem simultaneamente, revelando um mecanismo coletivo que não aparece quando esses elementos são analisados individualmente.
“A sincronização é um dos fenômenos mais importantes da natureza. Aparece em sistemas muito diferentes entre si e sempre foi entendida a partir da ideia de interação entre pares de elementos. O que mostramos é que existem situações em que pode emergir por outro mecanismo”, afirma Pereira.
A descoberta amplia a compreensão sobre sistemas complexos e pode ajudar pesquisadores de diferentes áreas a desenvolver modelos para estudar fenômenos coletivos, como processos relacionados ao cérebro, ao clima e a redes tecnológicas.
O trabalho também tem uma história de colaboração científica que atravessou a pandemia de Covid-19. A pesquisa foi desenvolvida por Tiago Pereira em parceria com o matemático holandês Eddie Nijholt, hoje professor do ICMC-USP. Em 2020, Nijholt se preparava para realizar um pós-doutorado no Brasil, mas o fechamento das fronteiras impediu sua viagem.
Para manter a colaboração, Pereira usou recursos flexíveis do apoio recebido do Instituto Serrapilheira para financiar o trabalho do pesquisador enquanto ele permanecia na Holanda. A parceria continuou durante o período da pandemia e avançou após a retomada das atividades presenciais.
“A flexibilidade do apoio do Serrapilheira foi fundamental para manter essa colaboração durante a pandemia. Se não tivéssemos conseguido apoiar Eddie naquele momento, provavelmente ele teria seguido outro caminho. Hoje ele é professor do ICMC e autor correspondente deste trabalho. É um exemplo de como o investimento em pesquisa básica pode gerar resultados científicos e ajudar a formar grupos de excelência no Brasil”, diz Pereira.
Após retornar ao Brasil, Nijholt fez pós-doutorado, conquistou uma bolsa Jovem Pesquisador da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp) e passou a integrar o ICMC-USP. A colaboração entre os pesquisadores já havia resultado em trabalhos de destaque e agora leva a uma nova descoberta sobre um dos fenômenos coletivos mais estudados pela ciência.
“Quando entendemos melhor como sistemas complexos passam a atuar de forma coordenada, criamos novas possibilidades para compreender fenômenos naturais e desenvolver aplicações em diferentes áreas da ciência e da engenharia”, diz Pereira.