Bewegen binnen korrelige media zoals zand is een truc die niet alleen in sciencefictionfilms voorkomt. De zandvishagedis, die in de woestijn leeft, kan deze taak ook uitvoeren. Om dat te kunnen doen, deze hagedis gedraagt ​​zich als een vis en golft zijn lichaam om een ​​topsnelheid van twee lichaamslengtes per seconde te bereiken.

Het is bewezen dat de voortstuwing van zandvishagedissen het gevolg is van het feit dat de weerstand in zand groter is voor een beweging in een richting loodrecht op het lichaam dan voor een beweging in langsrichting. Een dergelijke eigenschap wordt anisotrope wrijving genoemd.

Ver van woestijnen en korrelige media, andere organismen gebruiken dergelijke anisotrope eigenschappen van de media om zichzelf voort te stuwen. Dit is het geval voor micro-organismen in viskeuze vloeistoffen. Zoals in het zand, hun lichaam ondervindt een weerstand per lichaamslengte die groter is voor een loodrechte beweging dan voor een longitudinale. Dit verklaart waarom veel bacteriën hun staart golven om zich voort te stuwen in stroperige vloeistoffen zoals zandvis in zand.

Echter, het slaan van een staart is niet de enige manier van voortbewegen die door bacteriën wordt gebruikt om in een stroperige vloeistof te bewegen. Bijvoorbeeld, E. coli gebruikt de rotatie van een spiraalvormige staart voor hetzelfde doel.

Een dergelijke observatie heeft de nieuwsgierigheid gewekt van een team van onderzoekers van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Santiago in Chili. Francisco Melo, wie leidt het team, vroeg zichzelf af:"Induceert spiraalvormige rotatie voortstuwing in een korrelig medium zoals in een viskeuze vloeistof?"

Om de vraag te beantwoorden, Alejandro Ibarra, een doctoraat student betrokken bij dit project, stelde zich een experiment voor om de horizontale beweging te bestuderen van een helix die in een korrelig medium draait. De onderzoekers plaatsten een helix in een plas korrels en verbonden deze met een externe motor door middel van een staafje dat door de wand van het zwembad ging. De motor was op een lineair platform geplaatst om zijn horizontale beweging mogelijk te maken. Deze opstelling maakt de rotatie van de helix mogelijk terwijl de horizontale beweging vrijkomt.

"We hebben waargenomen dat wanneer de helix voldoende diep in het korrelige medium was, zijn rotatie leidde tot een voortstuwende beweging langs de horizontale as, " zei Baptiste Darbois Texier, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Natuurkunde.

Met deze opstelling, de onderzoekers bestudeerden de snelheid van de helix afhankelijk van de rotatiesnelheid, de diepte in het granulaire bassin en de externe belasting die op het systeem wordt uitgeoefend. Bovendien, ze fabriceerden helices met verschillende geometrieën en testten ze in de korrelige poel. parallel, ze ontwikkelden een theoretisch model om de anisotrope wrijving te beschrijven die door de helix wordt ervaren op basis van een longitudinale en transversale wrijvingscoëfficiënt. Het model legt hun experimentele waarnemingen vast en voorspelt het optimale ontwerp van de helix om in een korrelig medium voort te stuwen.

Eindelijk, het team ontwikkelde een proof-of-concept robot op basis van spiraalvormige voortstuwing die werkt in korrelig materiaal. De robotkop bevat een kleine batterij en een kleine motor die zorgt voor de rotatie van de spiraalvormige staart. Het ontwerp omvat ook vier pallets om de rotatie van de kop in plaats van de staart te voorkomen. De robot bleek zeer robuust te zijn in het voortbewegen door verschillende soorten granen. Doordat de aansturing van deze zandrobot gebaseerd is op een simpele motor, het is veel gemakkelijker te implementeren dan die welke de golvende beweging van zandvishagedissen reproduceren. Dus, deze studie effent de weg naar een nieuw soort robot die werkt in heterogene media zoals zand of droge sneeuw.