p Amebas são criaturas incomuns que se formam quando uma população dispersa de células espontaneamente se reúne e se reorganiza em um organismo macroscópico multicelular. Para fazer isso, algumas células líderes emitem pulsos químicos que fazem com que as outras células individuais se movam na direção oposta à dos pulsos de viagem, levando à formação de aglomerados densos. p A observação de que as células da ameba se movem em sentido contrário à onda viajante, que é chamado de "paradoxo da onda difusora, "intrigou os pesquisadores por muito tempo. Isso ocorre porque esse movimento difere do comportamento normal da ameba ao procurar comida em um ambiente labiríntico. Nesses cenários, os sinais químicos são estáticos em vez de pulsados, e as células da ameba se movem em direção às concentrações químicas mais altas.

p A capacidade das células da ameba de às vezes se moverem na direção oposta a uma onda química itinerante sugere que as células possuem algum tipo de memória. Contudo, em um novo estudo, Celia Lozano e Clemens Bechinger da Universidade de Konstanz, Alemanha, demonstraram o mesmo comportamento em micropartículas quando iluminadas por pulsos de luz de velocidades variáveis. Como as micropartículas são sem memória, o comportamento neste caso deve ser explicado por um mecanismo que não dependa da memória.

p "Apesar de não ter cérebro, micro-nadadores sintéticos são capazes de imitar alguns comportamentos sofisticados de organismos vivos, em particular, sua resposta aos pulsos em execução é semelhante (embora de origem muito diferente), "Bechinger disse Phys.org . "Tendo em vista as futuras aplicações dos micro-nadadores como microrrobôs autônomos, será importante coordenar e sincronizar seu comportamento. O paradoxo da onda difusa pode desempenhar um papel importante neste contexto. "

p Embora as simulações numéricas tenham previsto que as micropartículas autopropelidas chamadas de partículas ativas são capazes de se mover ao longo e contra um pulso de viagem, o novo estudo marca a primeira vez que esse comportamento foi demonstrado experimentalmente.

p Em experimentos, os pesquisadores usaram partículas esféricas que são parcialmente revestidas por uma tampa de carbono e colocadas em um líquido viscoso. Quando iluminado pela luz, as partículas se impulsionam para a frente com a tampa na frente. Os pesquisadores demonstraram que o movimento das partículas ativas em relação a um pulso depende da velocidade do pulso. Em baixas velocidades de pulso, as partículas têm tempo suficiente para se reorientar, se necessário, de modo que seus gorros fiquem voltados na mesma direção dos pulsos de viagem. Essa orientação garante que as partículas viajem na mesma direção que os pulsos.

p Em altas velocidades de pulso, por outro lado, os pulsos vêm muito rápido para que as partículas se reorientem antes que o próximo chegue. Isso porque a velocidade de rotação das partículas é limitada pelo atrito do líquido viscoso. Portanto, se os limites das partículas estiverem inicialmente voltados para os pulsos que se aproximam, as partículas se moverão na direção contrária aos pulsos de viagem, assemelhando-se ao comportamento da ameba no paradoxo da onda de difusão.

p Esse método abre as portas para um novo tipo de estratégia de direção para guiar as partículas ativas em duas direções possíveis. Atualmente, a maioria das estratégias de direção dependem de estruturas ópticas topográficas ou estáticas, que permitem controlar apenas o movimento das partículas em uma única direção.

p Além de dirigir, os pesquisadores também demonstraram que a nova abordagem poderia ser usada para classificar partículas ativas. Como um exemplo, eles demonstraram que, uma vez que as partículas grandes podem se orientar mais rápido do que as menores, usar velocidades de pulso intermediárias torna possível direcionar partículas grandes na direção da onda e partículas menores na direção oposta, na média.

p Embora os mecanismos sejam diferentes para partículas ativas e ameba, ambos os sistemas exibem o comportamento do paradoxo da onda de difusão. No caso das partículas sintéticas, o comportamento pode um dia levar ao projeto de sistemas micro-robóticos que podem alcançar movimentos controlados complexos, apesar de ter habilidades de processamento de sinal limitadas.

p "As possíveis aplicações dos micro nadadores é carregá-los com drogas, que são então entregues a lugares específicos, "Bechinger disse." Por causa de seu movimento ativo dirigido, tal entrega de droga direcionada pode ser realizada de forma muito mais eficiente em comparação com o movimento puramente difusivo. De maneira semelhante, nadadores sintéticos também podem ser equipados com mecanismos de detecção, para explorar ambientes líquidos. Finalmente, há um trabalho em andamento para montar micro-nadadores, como engrenagens ou pequenos motores, que pode realizar trabalho mecânico em escalas de pequeno comprimento. " p © 2019 Science X Network