Mentre la via più breve tra due punti è una connessione diritta, potrebbe non essere il percorso più efficiente da seguire. Le correnti complesse spesso influenzano il movimento dei micronuotatori e rendono difficile per loro raggiungere la loro destinazione. Allo stesso tempo, sfruttare queste correnti per navigare il più velocemente possibile è un certo vantaggio evolutivo.

Mentre tali strategie consentono ai micronuotatori biologici di accedere meglio al cibo o sfuggire a un predatore, i microrobot potrebbero in questo modo essere indirizzati a svolgere compiti specifici.

Il percorso ottimale in una data corrente può essere facilmente determinato matematicamente, tuttavia le fluttuazioni perturbano il movimento dei micronuotatori e li deviano dal percorso ottimale. Pertanto, devono riadattare il loro movimento per tenere conto dei cambiamenti ambientali. Questo in genere richiede l'aiuto di un interprete esterno e toglie loro autonomia.

"Grazie all'evoluzione, alcuni microrganismi hanno sviluppato strategie autonome che consentono il movimento diretto verso una maggiore concentrazione di nutrienti o luce", spiega Lorenzo Piro, primo autore dello studio. Ispirati da questa idea, i ricercatori del Dipartimento di Fisica della materia vivente presso l'MPI-DS hanno progettato strategie che consentono ai micronuotatori di navigare in modo ottimale in modo quasi autonomo.

La luce come guida per la navigazione autonoma

Quando un interprete esterno definisce il modello di navigazione, i micronuotatori seguono in media un percorso ben definito. Pertanto, è un buon approccio per guidare il micronuotatore lungo quel percorso all'interno della corrente. Ciò può essere ottenuto autonomamente tramite stimoli esterni, nonostante la presenza di fluttuazioni.

Questo principio potrebbe essere applicato ai nuotatori che rispondono alla variazione della luce, come alcune alghe, nel qual caso il percorso ottimale può essere semplicemente illuminato. Sorprendentemente, le prestazioni risultanti sono paragonabili alla navigazione controllata esternamente. "Queste nuove strategie possono inoltre essere convenientemente applicate a scenari più complessi come la navigazione su superfici curve o in presenza di correnti casuali", conclude Ramin Golestanian, direttore di MPI-DS.

Le possibili applicazioni dello studio vanno quindi dalla somministrazione mirata di farmaci su microscala alla progettazione ottimale di micromacchine autonome.

La ricerca è pubblicata nel New Journal of Physics .