Le piston qui guette le vide
Un piston dans un cylindre rempli de gaz se déplace généralement lorsque le gaz exerce une pression sur lui. Mais il existe un piston qui se déplace lorsqu'il y a du vide devant lui. Toutes les cinq secondes, il vérifie l'espace contre sa paroi, et si personne ne s'y trouve, il fait un pas vers l'intérieur, comprimant le gaz sans effort mécanique direct. C'est ainsi que fonctionne un moteur informationnel : il transforme la connaissance de la position des particules en travail utile.
Dans la nouvelle expérience, le fluide de travail n'est pas un gaz ordinaire, mais un gaz de robots auto-propulsés. Ces robots-brosses, de la taille d'une paume, vibrent et rampent sur l'arène comme des créatures vivantes, et s'accumulent contre les parois. C'est précisément cette accumulation qui change la donne. Pour un gaz ordinaire, le travail moyen par mesure suit une formule universelle, et le maximum est atteint lorsque la probabilité de trouver la zone vide est d'environ 37 %. Pour un gaz actif, tout est différent.
À basse densité de robots, il est avantageux de vérifier de grandes zones : elles sont plus souvent vides, et le piston fait un grand pas. Mais lorsque les robots deviennent nombreux, une couche limite se forme contre la paroi, et la stratégie optimale change. Il vaut alors mieux vérifier une petite zone juste contre le piston, à l'intérieur de cette couche, où les vides apparaissent plus fréquemment. La transition se produit lorsque la fraction de surface atteint environ 8 %, ce qui équivaut à huit robots de la taille d'une paume dans une pièce de 30 mètres carrés.
Même lorsque le piston subit un frottement sec et se déplace par à-coups, le basculement entre les régimes est préservé. Cela signifie que les ingénieurs qui conçoivent des micromachines à base de bactéries ou de nageurs artificiels doivent tenir compte non seulement de l'énergie des particules, mais aussi de la façon dont elles s'accumulent aux frontières. Le piston qui guette le vide s'avère plus malin qu'il n'y paraît : il choisit où chercher ce vide en fonction de l'étroitesse de l'espace environnant.
L'échelle d'énergie active du gaz α̃≈2.0 mN·cm est 15 ordres de grandeur plus grande que l'énergie thermique kBT à température ambiante, ce qui reflète la taille macroscopique des robots. Pourtant, formellement, la pression se comporte comme celle d'un gaz parfait, avec la température remplacée par une « température active ».
L'idée d'extraire du travail à partir d'informations sur la position des particules fait écho au démon de Maxwell, qui apparaît dans de nombreuses œuvres de science-fiction, par exemple dans la nouvelle « Le démon » de Stanisław Lem, tirée du cycle « Cyberiade », où un démon de seconde espèce tente de contourner la deuxième loi de la thermodynamique.