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Ser extraño puede ser algo bueno, particularmente cuando eres un organismo celular microscópico que intenta ir a lugares.
La natación puede ser la primera forma de motilidad que surgió en la Tierra. Sin embargo, el acto de nadar para los animales diminutos no es necesariamente fácil. Los macronadadores, como las vieiras, incluso tienen un teorema que lleva su nombre y que prohíbe el nado recíproco en la microescala.
En otras palabras, la teoría dice que las vieiras microscópicas no deberían poder nadar en absoluto. Aquí las vieiras se usan como una analogía para ayudar a describir un objeto de una sola bisagra.
Los investigadores de KyotoU ahora han descubierto una nueva fórmula para nadar basada en su estudio de la elasticidad extraña o el comportamiento no recíproco de los micronadadores. Los científicos comenzaron su estudio ejecutando modelos informáticos de nadadores.
"Nuestro primer modelo nadó inesperadamente bien y con hermosas brazadas autogeneradas", explica el autor Clément Moreau.
Los microrobots están en los titulares por su potencial para administrar medicamentos de manera segura o realizar cirugías no intrusivas. Pero mientras estos se mueven según instrucciones preprogramadas, los micronadadores de Moreau y su equipo son autónomos. Su tecnología subyacente se basa en una elasticidad extraña, que exhibe autooscilaciones de materiales activos.
Los científicos de KyotoU de diversos orígenes imaginaron juntos un modelo simple de materiales autopropulsados. Usando simulaciones por computadora que combinan dinámica de fluidos, matemáticas y física estadística, se observó que el comportamiento de micronatación demuestra un movimiento determinista y direccional autónomo mediante un filamento elástico impar.
El equipo utilizó el modelo de nadador de Purcell, considerado un modelo mínimo de micronatación con dos grados de libertad, para estudiar la eficiencia, la estabilidad, el control y otros aspectos de los nadadores biológicos y los robots artificiales. Este modelo de tres eslabones consta de tres varillas delgadas de longitudes específicas conectadas por dos bisagras.
Además, los investigadores encontraron una nueva fórmula matemática de natación, lo que demuestra que cualquier micromaterial elástico extraño puede generar locomoción espontáneamente en un fluido, creando un movimiento direccional a partir de fluctuaciones aleatorias.
El próximo objetivo del equipo es estimar cuantitativamente el valor de la elasticidad impar de los materiales activos reales, incluidas las células biológicas, las enzimas químicamente activas y los microrobots sintéticos.
"Creemos que nuestra investigación sobre la elasticidad impar está ayudando a unir las descripciones clásicas de los micronadadores automáticos con nuestro nuevo modelo de movimiento autónomo", concluye Moreau.
La investigación fue publicada en Physical Review E . Modelización del comportamiento y la dinámica de micronadadores
