Si une odeur s'infiltre dans une pièce par une porte entrouverte, on peut se placer au milieu et renifler. Mais c'est celui qui se tient juste sur le seuil qui détectera le plus précisément l'arrivée de l'odeur. C'est à peu près ce que fait une cellule lorsqu'elle doit mesurer la concentration d'une substance autour d'elle. Les molécules de cette substance se déplacent de façon désordonnée, et elles arrivent en petit nombre — parfois littéralement à l'unité. On pourrait croire que pour éviter les erreurs, il faut collecter le signal sur tout le volume disponible.
Cependant, les auteurs de cette nouvelle étude ont montré qu'un mesureur idéal, qui verrait chaque molécule à l'intérieur de lui-même, agirait plus astucieusement. Il écarterait toutes les mesures internes et ne surveillerait que sa frontière. Le problème revient à déterminer la meilleure façon de pondérer les observations provenant de différents points. Lorsque les scientifiques l'ont ramené à l'électrostatique (la branche de la physique qui décrit l'interaction des charges), ils ont découvert une chose étonnante : l'erreur minimale est obtenue avec un poids concentré uniquement sur la surface. L'intérieur n'est pas du tout nécessaire.
Ce principe ne s'applique pas seulement à une cellule unique. Il est valable pour un récipient de forme quelconque, et même dans des espaces de dimensions différentes. D'un point de vue pratique, il explique pourquoi de nombreux systèmes sensoriels naturels — par exemple les récepteurs à la surface des cellules — sont situés précisément sur la membrane, plutôt que de flotter à l'intérieur. Et il suggère comment créer des nanocapteurs artificiels : il n'est pas nécessaire de les rendre volumineux, une fine pellicule sensible suffit. La frontière, en effet, voit tout mieux.
L'erreur de mesure de la concentration diminue lorsque le capteur se « resserre » vers la surface — tout comme le champ électrique d'un conducteur est repoussé vers l'extérieur et se concentre sur les pointes.