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Essere strani può essere una buona cosa, in particolare quando sei un organismo cellulare microscopico che cerca di andare in qualche posto.
Il nuoto potrebbe essere la prima forma di motilità emersa sulla Terra. L'atto di nuotare per piccoli animali, tuttavia, non è necessariamente facile. I nuotatori macro come le capesante hanno persino un teorema che prende il nome da loro che proibisce il nuoto reciproco nella microscala.
In altre parole, la teoria dice che le capesante microscopiche non dovrebbero essere in grado di nuotare affatto. Qui le capesante sono usate come analogia per aiutare a descrivere un oggetto a cerniera singola.
I ricercatori di KyotoU hanno ora scoperto una nuova formula per il nuoto basata sullo studio dell'elasticità dispari o del comportamento non reciproco dei micronuotatori. Gli scienziati hanno iniziato il loro studio eseguendo modelli computerizzati di nuotatori.
"Il nostro primo modello ha nuotato inaspettatamente bene e con bellissimi colpi auto-generati", spiega l'autore Clément Moreau.
I microrobot stanno facendo notizia per il loro potenziale di somministrare farmaci in sicurezza o eseguire interventi chirurgici non intrusivi. Ma mentre questi si muovono secondo istruzioni preprogrammate, Moreau e i micronuotatori del suo team sono autonomi. La loro tecnologia di base si basa su una strana elasticità, che mostra le auto-oscillazioni dei materiali attivi.
Scienziati di KyotoU di diversa estrazione insieme hanno immaginato un modello semplice di materiali semoventi. Utilizzando simulazioni al computer che combinano fluidodinamica, matematica e fisica statistica, è stato osservato che il comportamento del micronuoto dimostra un movimento direzionale e deterministico autonomo da parte di un filamento elastico dispari.
Il team ha utilizzato il modello del nuotatore di Purcell, considerato un modello minimo di micronuoto con due gradi di libertà, per studiare l'efficienza, la stabilità, il controllo e altri aspetti dei nuotatori biologici e dei robot artificiali. Questo modello a tre maglie è composto da tre aste sottili di lunghezze specifiche collegate da due cerniere.
Inoltre, i ricercatori hanno trovato una nuova formula matematica per il nuoto, che dimostra che qualsiasi micromateriale elastico dispari può generare spontaneamente la locomozione in un fluido, creando movimento direzionale da fluttuazioni casuali.
Il prossimo obiettivo del team è stimare quantitativamente il valore dell'elasticità dispari dei materiali attivi effettivi, comprese le cellule biologiche, gli enzimi chimicamente attivi e i microrobot sintetici.
"Riteniamo che la nostra ricerca sull'elasticità dispari stia aiutando a collegare le classiche descrizioni dei micronuotatori automatizzati con il nostro nuovo modello di movimento autonomo", conclude Moreau.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review E . + Esplora ulteriormente
