"Levende" vloeibare kristallen combineren de eigenschappen van door mensen gemaakte vloeibare kristallen met eigenschappen van zwemmende bacteriën. Wetenschappers hebben een nauwkeurig model gebouwd van hoe de kristallen de beweging regelen, transport en positie van zwembacteriën. Het model kan ook simuleren hoe andere deeltjes zich in het levende kristal gedragen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers kunnen het model combineren met on-demand synthese en het vermogen om defecten te sturen die de bacteriën of deeltjes sturen. Het resultaat? Dit werk zou kunnen leiden tot zelfherstellende en vormveranderende materialen. De materialen kunnen complexe processen aan, zoals het opwekken van stroom.

Deze ontdekking kan leiden tot het ontwerp en de synthese van nieuwe zelfherstellende materialen door defecten in levende kristallen te beheersen. Ook, dit werk breidt de tools uit die nodig zijn om, op een dag, zelfregulerende 'machines' maken. Deze machines kunnen bestaande componenten naar behoefte aanpassen voor verschillende doeleinden of reageren op stress zonder te stoppen. Eindelijk, dit werk draagt ​​bij aan de kennis van wetenschappers over systemen die niet in evenwicht zijn, die betrokken zijn bij alles, van energieopwekking tot het opruimen van afvallocaties.

Vogels, visscholen en zelfrijdende vloeistofmengsels die zich coöperatief organiseren en bewegen als reactie op interne of externe signalen, worden allemaal als actieve materie beschouwd. Een nieuwe klasse van actieve materie, bekend als "levende" vloeibare kristallen, overbrug de eigenschappen van levenloze en levende materialen door bacteriezwemmers en niet-giftige vloeibare kristallen te combineren. Topologische defecten in deze kristallen spelen een cruciale rol. De defecten bepalen hoe de kristallen worden geassembleerd en hoe de bacteriën worden getransporteerd. Het beheer van het uiterlijk en de plaatsing van deze defecten biedt een nuttige hefboom voor het manipuleren van componenten en eigenschappen.

Wetenschappers van het Argonne National Laboratory ontdekten een nieuw concept voor het transporteren en vangen van microscopisch kleine bacteriën of door mensen gemaakte zwemmers in een vloeibaar kristal. Ze ontwikkelden een rekenmodel dat experimentele waarnemingen van de dynamiek van topologische defecten in het vloeibare kristal nauwkeurig reproduceert. Het model voorspelt ook de accumulatie of verdrijving van zwemmers uit de kernen van verschillende topologische defecten. Fluorescerende bacteriën werden gesuspendeerd in een vloeibaar kristal op waterbasis. Net als bij autoverkeer op snelwegen, bacteriën zwommen langs bepaalde richtingen parallel aan de oriëntatie van vloeibare kristalmoleculen. Topologische defecten in de vloeibare kristallen dienden effectief als kruispunten langs deze snelwegen die de zwemmers leidden en concentreerden of afstootten. Direct gerelateerd aan de topologie in de defectkern, de bacteriën verzamelden zich in de buurt van T-vormige defecten waar vloeibaar kristal georiënteerde stroomlijnen (of "snelwegen") en zwemmertrajecten samenkomen. Voor Y-vormige defecten, stroomlijnen zijn zo georganiseerd dat de zwemmers ofwel alleen weg van de kern reizen of helemaal van de kern worden afgebogen. De accumulatie en uitputting van zwemmers in de kernen verandert de defectdynamiek aanzienlijk. belangrijk, het model correleert nauwkeurig de herconfiguratie van de vloeibaar-kristalstroomlijnen en topologische defectoriëntaties samen met veranderingen in defectpopulatie gerelateerd aan de concentratie van zwemmers.