Immaginare una schiuma che pulsa interiormente come se stesse “imparando” sembra un’idea tratta da un romanzo di fantascienza, eppure è proprio questa la suggestione venuta fuori da un recente studio dell’Università della Pennsylvania che ha messo sotto osservazione qualcosa di apparentemente banale come le bolle che si formano in una schiuma di sapone. Per decenni, gli scienziati avevano descritto questi materiali apparentemente statici, come le schiume, le emulsioni e le creme, pensando a un interno congelato in configurazioni disordinate ma fisse. Ciò che emerge dalla nuova ricerca, pubblicata sulle pagine di Proceedings of the National Academy of Sciences, è una storia del tutto diversa: all’interno di quei minuscoli involucri di gas immersi in un liquido, si verificano movimenti incessanti che non solo rivelano una dinamica continua, ma obbediscono a leggi matematiche sorprendentemente simili a quelle che regolano l’apprendimento delle intelligenze artificiali basate sul deep learning.
Quando osserviamo una schiuma a occhio nudo, la sua apparenza sembra solida; la struttura resiste a deformazioni esterne pur mostrando una certa elasticità, come se fosse una specie di gel trasparente. Sotto questa apparenza innocua si cela invece un universo caotico di bolle che interagiscono le une con le altre, spostandosi e riorganizzandosi continuamente. Gli scienziati coinvolti nello studio hanno utilizzato simulazioni al computer per tracciare questi movimenti all’interno di schiume “bagnate” e hanno scoperto che le bolle non rimangono mai ferme, né raggiungono una disposizione finale e stabile. Al contrario, esplorano costantemente una vasta gamma di configurazioni possibili, proprio come fanno gli algoritmi di deep learning quando vengono “allenati” per riconoscere pattern o risolvere problemi, aggiornando in continuazione i propri parametri senza fissarsi in un unico stato finale.
Questa analogia tra fenomeni fisici e processi computazionali non è immediatamente intuitiva. In fisica dei materiali, lo stato di equilibrio di una sostanza è spesso rappresentato come un punto in cui le componenti microscopiche si sistemano in una posizione a minima energia e vi restano. Nel caso delle bolle di schiuma, invece, la nuova interpretazione suggerisce che esse si comportino più come agenti in evoluzione continua, mai bloccati in un’unica soluzione. Questa dinamica ricorda la traiettoria di un modello di intelligenza artificiale durante l’allenamento, che non cerca un singolo obiettivo finale, quanto piuttosto uno spazio di soluzioni equivalenti tra le quali muoversi per trovare la migliore adattabilità. La matematica alla base di questi fenomeni, sorprendentemente coerente tra sistemi così apparentemente distanti, suggerisce che il concetto di “apprendimento” possa essere applicato, in senso più ampio e astratto, anche a processi fisici.
Un’altra interessante implicazione di questa scoperta riguarda la possibilità di comprendere meglio sistemi complessi in altri ambiti scientifici, inclusi quelli biologici. Gli stessi ricercatori stanno infatti rivolgendo la loro attenzione a strutture viventi quali il citoscheletro cellulare, il reticolato interno che sostiene la forma e le funzioni di una cellula, il quale deve continuamente riorganizzarsi pur mantenendo la sua identità fisica. L’idea che ci siano principi matematici condivisi tra la dinamica microscopica delle bolle di una schiuma, i sistemi di apprendimento automatico e persino componenti viventi invita a riflettere sulla natura universale di certi processi evolutivi e adattativi.
Più che una curiosità scientifica, questa ricerca apre nuove strade per ripensare i modelli con cui studiamo i materiali e i sistemi complessi. Il fatto che uno strumento teorico nato per spiegare l’intelligenza artificiale possa aiutare a interpretare il comportamento di una semplice schiuma ci ricorda quanto siano spesso interconnessi i campi del sapere. In futuro, queste intuizioni potrebbero non solo arricchire la nostra comprensione dei materiali adattivi, ma anche influenzare la progettazione di nuovi sistemi in grado di rispondere in modo dinamico al loro ambiente, proprio come fanno le bolle in continuo movimento all’interno di una schiuma.