Un team di ricercatori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), l'Università di Liegi e l'Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy hanno sviluppato un micro-nuotatore che sembra sfidare le leggi della fluidodinamica:il loro modello, costituito da due perline collegate da una molla lineare, è azionato da oscillazioni completamente simmetriche. Il teorema di capesante afferma che ciò non può essere ottenuto nei microsistemi fluidi. I risultati sono stati ora pubblicati sulla rivista accademica Lettere di revisione fisica .

Le capesante possono nuotare nell'acqua battendo rapidamente le conchiglie. Sono abbastanza grandi da essere ancora in grado di muoversi in avanti durante il momento d'inerzia mentre la capesante sta aprendo il suo guscio per il prossimo colpo. Però, il teorema di capesante si applica più o meno a seconda della densità e della viscosità del fluido:un nuotatore che fa movimenti simmetrici o reciproci in avanti o indietro simili all'apertura e alla chiusura della conchiglia non si sposterà di un pollice. "Nuotare nell'acqua è difficile per gli organismi microscopici quanto lo sarebbe per gli umani nuotare nel catrame, " afferma il dottor Maxime Hubert. "Questo è il motivo per cui gli organismi unicellulari hanno mezzi di propulsione relativamente complessi come peli vibranti o flagelli rotanti".

Nuotare alla mesoscala

Il Dr. Hubert è un ricercatore post-dottorato nel gruppo della Prof.ssa Dr. Ana-Suncana Smith presso l'Istituto di Fisica Teorica della FAU. Insieme ai ricercatori dell'Università di Liegi e dell'Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy, il team FAU ha sviluppato un nuotatore che non sembra essere limitato dal teorema di Scallop:il modello semplice è costituito da una molla lineare che collega due perline di dimensioni diverse. Sebbene la molla si espanda e si contragga simmetricamente in caso di inversione temporale, il micronuotatore è ancora in grado di muoversi attraverso il fluido.ü

"Inizialmente abbiamo testato questo principio utilizzando simulazioni al computer, " dice Maxime Hubert. "Abbiamo poi costruito un modello funzionante." Nell'esperimento pratico, gli scienziati hanno posizionato due perline d'acciaio del diametro di poche centinaia di micrometri sulla superficie dell'acqua contenuta in una capsula di Petri. La tensione superficiale dell'acqua rappresentava la contrazione della molla e l'espansione nella direzione opposta era ottenuta con un campo magnetico che faceva sì che le microsfere si respingessero periodicamente altre.

Visione:Robot da nuoto per il trasporto di droga

Il nuotatore è in grado di spingersi da solo perché le perline sono di diverse dimensioni. Maxime Hubert dice, "Il tallone più piccolo reagisce molto più velocemente alla forza della molla rispetto al tallone più grande. Ciò causa un movimento asimmetrico e il tallone più grande viene tirato insieme al tallone più piccolo. Utilizziamo quindi il principio dell'inerzia, con la differenza che qui si tratta dell'interazione tra i corpi piuttosto che dell'interazione tra i corpi e l'acqua."

Sebbene il sistema non vincerà alcun premio per la velocità - si sposta in avanti di circa un millesimo della sua lunghezza del corpo durante ogni ciclo di oscillazione - l'assoluta semplicità della sua costruzione e del meccanismo è uno sviluppo importante. "Il principio che abbiamo scoperto potrebbe aiutarci a costruire piccoli robot nuotatori, " dice Maxime Hubert. "Un giorno potrebbero essere usati per trasportare la droga attraverso il sangue in un luogo preciso".