Los cristales líquidos "vivos" combinan las propiedades de los cristales líquidos artificiales con las características de las bacterias que nadan. Los científicos construyeron un modelo preciso de cómo los cristales controlan el movimiento, transporte y posición de las bacterias nadadoras. El modelo también puede simular cómo se comportan otras partículas en el cristal vivo. Ahora, los científicos pueden combinar el modelo con síntesis bajo demanda y la capacidad de guiar defectos que dirigen las bacterias o partículas. ¿El resultado? Este trabajo podría conducir a materiales autocurativos y que cambien de forma. Los materiales podrían gestionar procesos complejos, como producir energía.

Este descubrimiento puede conducir al diseño y síntesis de nuevos materiales autocurativos mediante el control de defectos en cristales vivos. También, este trabajo amplía las herramientas necesarias para, Un día, crear "máquinas" autorreguladoras. Estas máquinas pueden adaptar componentes existentes para diferentes propósitos según sea necesario o responder al estrés sin detenerse. Finalmente, este trabajo se suma al conocimiento de los científicos de los sistemas fuera de equilibrio, que están involucrados en todo, desde la generación de energía hasta la limpieza de sitios de desechos.

Bandadas de aves, Los bancos de peces y las mezclas de fluidos autopropulsados ​​que se organizan y se mueven de manera cooperativa en respuesta a señales internas o externas se consideran materia activa. Una nueva clase de materia activa, conocidos como cristales líquidos "vivos", unir las propiedades de los materiales inanimados y vivos mediante la combinación de bacterias nadadores y cristales líquidos no tóxicos. Los defectos topológicos en estos cristales juegan un papel crítico. Los defectos dirigen cómo se ensamblan los cristales y cómo se transportan las bacterias. La gestión de la apariencia y la ubicación de estos defectos proporciona una palanca útil para manipular componentes y propiedades.

Los científicos del Laboratorio Nacional de Argonne descubrieron un concepto novedoso para transportar y atrapar bacterias microscópicas o nadadores artificiales en un cristal líquido. Desarrollaron un modelo computacional que reproduce con precisión las observaciones experimentales de la dinámica de los defectos topológicos dentro del cristal líquido. El modelo también predice la acumulación o expulsión de nadadores de los núcleos de diferentes defectos topológicos. Las bacterias fluorescentes se suspendieron en un cristal líquido a base de agua. Similar al tráfico de automóviles en las carreteras, las bacterias nadaron a lo largo de ciertas direcciones paralelas a la orientación de las moléculas de cristal líquido. Los defectos topológicos en los cristales líquidos sirvieron efectivamente como cruces de caminos a lo largo de estas carreteras para guiar y concentrar o repeler a los nadadores. Directamente relacionado con la topología en el núcleo del defecto, las bacterias se acumularon cerca de los defectos en forma de T donde convergen las líneas de corriente (o "carreteras") orientadas al cristal líquido y las trayectorias de los nadadores. Para defectos en forma de Y, Las líneas de corriente están organizadas de modo que los nadadores se alejen del núcleo por sí mismos o se desvíen del núcleo por completo. La acumulación y el agotamiento de nadadores en los núcleos cambian significativamente la dinámica de los defectos. En tono rimbombante, el modelo correlaciona con precisión la reconfiguración de las líneas de corriente de cristal líquido y las orientaciones de los defectos topológicos junto con los cambios en la población de defectos relacionados con la concentración de nadadores.