Ser estranho pode ser uma coisa boa, especialmente quando você é um organismo celular microscópico tentando ir a lugares. A natação pode ser a primeira forma de motilidade que surgiu na Terra. O ato de nadar para pequenos animais, no entanto, não é necessariamente fácil. Macronadadores como as vieiras têm até um teorema com o seu nome que proíbe a natação recíproca na microescala.
Em outras palavras, a teoria diz que as vieiras microscópicas não deveriam ser capazes de nadar. Aqui as vieiras são usadas como uma analogia para ajudar a descrever um objeto de dobradiça única.
Pesquisadores da KyotoU descobriram agora uma nova fórmula para nadar com base em seu estudo de elasticidade ímpar, ou comportamento não recíproco de micronadadores. Os cientistas começaram seu estudo executando modelos de computador de nadadores.
"Nosso primeiro modelo nadou inesperadamente bem e com belas braçadas autogeradas", explica o autor Clément Moreau.
Os microrrobôs estão ganhando as manchetes por seu potencial de fornecer medicamentos com segurança ou realizar cirurgias não intrusivas. Mas enquanto eles se movem de acordo com instruções pré-programadas, Moreau e os micronadadores de sua equipe são autônomos. Sua tecnologia subjacente é baseada em elasticidade ímpar, que exibe auto-oscilações de materiais ativos. Investigação teórica de ondas auto-oscilantes de um filamento elástico ímpar nadando de forma auto-organizada. Crédito:KyotoU/Kenta Ishimoto Cientistas da KyotoU de diversas origens juntos imaginaram um modelo simples de materiais autopropulsores. Usando simulações de computador combinando dinâmica de fluidos, matemática e física estatística, o comportamento de micronatação foi observado para demonstrar movimento direcional e determinístico autônomo por um filamento elástico ímpar.
A equipe usou o modelo de nadador de Purcell - considerado um modelo mínimo de micronatação com dois graus de liberdade - para estudar eficiência, estabilidade, controle e outros aspectos de nadadores biológicos e robôs artificiais. Este modelo de três elos consiste em três hastes delgadas de comprimentos específicos conectadas por duas dobradiças.
Além disso, os pesquisadores descobriram uma nova fórmula matemática de natação, demonstrando que qualquer micromaterial elástico estranho pode gerar locomoção espontaneamente em um fluido, criando movimento direcional a partir de flutuações aleatórias.
O próximo objetivo da equipe é estimar quantitativamente o valor da elasticidade ímpar de materiais ativos reais, incluindo células biológicas, enzimas quimicamente ativas e microrrobôs sintéticos.
"Acreditamos que nossa pesquisa sobre elasticidade ímpar está ajudando a unir as descrições clássicas de micronadadores automatizados com nosso novo modelo de movimento autônomo", conclui Moreau.
A pesquisa foi publicada na Physical Review E . + Explorar mais
Modelando o comportamento e a dinâmica de micronadadores
