Como os engenheiros prevêem como o fluido irá dobrar os minúsculos pelos que revestem os vasos sanguíneos e os intestinos

O fluxo de fluido através de pequenos tubos, como vasos sanguíneos e intestinos, é essencial para muitos processos fisiológicos. No entanto, o comportamento do fluido que flui através destes tubos é complexo e não totalmente compreendido. Os engenheiros estão trabalhando para desenvolver modelos e simulações que possam prever como o fluido fluirá através desses tubos e como interagirá com os minúsculos fios de cabelo que os revestem.

O Desafio

O desafio em prever como o fluido fluirá através de pequenos tubos é que o fluxo costuma ser turbulento. O fluxo turbulento é caracterizado por flutuações aleatórias e caóticas de velocidade e pressão. Isso torna difícil prever o caminho exato que uma partícula fluida seguirá ao fluir através de um tubo.

Além disso, os minúsculos pelos que revestem os vasos sanguíneos e os intestinos também podem afetar o fluxo de fluidos. Esses fios de cabelo, conhecidos como cílios, balançam constantemente para frente e para trás, o que pode criar turbulência adicional e tornar o fluxo ainda mais difícil de prever.

Os modelos

Os engenheiros estão desenvolvendo uma variedade de modelos e simulações para prever como o fluido fluirá através de pequenos tubos e como interagirá com os cílios. Esses modelos variam de modelos analíticos simples a simulações computacionais complexas.

Um tipo comum de modelo analítico é o modelo de fluxo de Poiseuille. Este modelo assume que o fluxo é laminar, o que significa que é suave e ordenado. O modelo de fluxo de Poiseuille pode ser usado para prever a queda de pressão e a velocidade do fluido que flui através de um tubo.

Outro tipo de modelo analítico é o modelo de fluxo de Womersley. Este modelo leva em consideração os efeitos do fluxo pulsátil, que é o tipo de fluxo que ocorre nos vasos sanguíneos. O modelo de fluxo de Womersley pode ser usado para prever a velocidade e a tensão de cisalhamento do fluido que flui através de um tubo.

As simulações computacionais são outra ferramenta poderosa para prever como o fluido fluirá através de pequenos tubos. Essas simulações usam métodos numéricos para resolver as equações governantes da mecânica dos fluidos. Simulações computacionais podem ser usadas para modelar geometrias complexas e condições de fluxo que não são facilmente passíveis de modelos analíticos.

Os aplicativos

Os modelos e simulações que os engenheiros estão desenvolvendo para prever como o fluido fluirá através de pequenos tubos e como interagirá com os cílios têm diversas aplicações. Essas aplicações incluem:

* Projetar dispositivos médicos, como stents e cateteres, usados ​​para tratar doenças cardiovasculares.
* Desenvolvimento de novos medicamentos que possam ser administrados de forma mais eficaz a partes específicas do corpo.
* Compreender como o fluxo de fluido através dos intestinos afeta a absorção de nutrientes.
* Prever o comportamento do fluido que flui através de dispositivos microfluídicos, que são usados ​​em diversas aplicações, como testes de drogas e análises químicas.

O trabalho que os engenheiros estão a realizar para prever como o fluido fluirá através de pequenos tubos e como irá interagir com os cílios é essencial para avançar a nossa compreensão de muitos processos fisiológicos e para o desenvolvimento de novos dispositivos e tratamentos médicos.