Zwembacteriën kunnen de viscositeit van gewone vloeistoffen zoals water verminderen en ze gemakkelijker laten stromen, soms tot het punt waar de viscositeit nul wordt:de stroming is dan wrijvingsloos.

Nu melden onderzoekers van de Universiteit van Bristol dat bacteriële suspensies een negatieve viscositeit kunnen hebben, een eigenschap die strikt verboden is door de wet van de fysica voor gewone vloeistoffen, maar die wordt toegestaan ​​wanneer levende organismen aanwezig zijn.

Viscositeit is de weerstand van een vloeistof tegen stroming. Bijvoorbeeld, olie stroomt niet zo snel als water wanneer het wordt uitgegoten, omdat de viscositeit groter is. Deze oppositie tegen beweging wordt op microscopisch niveau veroorzaakt door de wrijving tussen de vloeistofmoleculen.

Tot voor kort, nulviscositeit (ook wel superfluïditeit genoemd) was alleen waargenomen in kwantumsystemen bij zeer lage temperaturen dichtbij het absolute nulpunt. Maar een paar jaar geleden, nulviscositeit werd gemeten in suspensies van bacteriën.

Dit is mogelijk omdat bacteriën geen watermoleculen zijn, ze zijn levend of 'actief'. Door samen te zwemmen, ze kunnen krachten in de vloeistof genereren die groot genoeg zijn om wrijving te compenseren, zodanig dat de bacteriële suspensie zich als een superfluïde gedraagt.

"Hoewel dit fenomeen experimenteel is waargenomen, een gedetailleerde theorie over hoe het werkt ontbrak, " zegt Dr. Aurore Loisy, Onderzoeksmedewerker Toegepaste Wiskunde en Theoretische Natuurkunde aan de Universiteit van Bristol.

"Verder, een fundamentele vraag was nog open:kan dit fenomeen nog verder worden geduwd, zodat de schijnbare viscositeit negatief wordt, wat betekent dat de geschoren bacteriële vloeistof daadwerkelijk werk zou kunnen doen in plaats van dat er werk aan moet worden gedaan om te blijven stromen, iets wat onmogelijk is in passieve of 'conventionele' vloeistoffen?"

In hun zoektocht om het concept van negatieve viscositeit te ontrafelen, Dr. Loisy en collega-onderzoekers Tannie Liverpool, hoogleraar theoretische fysica, en Jens Eggers, Hoogleraar Toegepaste Wiskunde, bestudeerde hoe de zelforganisatie en collectieve beweging van micro-organismen die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, de hydrodynamische eigenschappen ervan wijzigen.

Ze toonden aan dat het theoretisch mogelijk is om een ​​suspensie van bacteriën te laten gedragen als een vloeistof met een negatieve viscositeit, en dat dit gedrag kan worden geactiveerd en gecontroleerd door te spelen met de grootte van de container.

"Dit laat ons zien dat microscopische bacteriële activiteit kan worden omgezet in macroscopisch bruikbare mechanische kracht. Met andere woorden, het is mogelijk om bacteriën samen te laten werken en dat te gebruiken om grotere apparaten van stroom te voorzien, " voegt dr. Loisy toe.

"Het is belangrijk op te merken dat we niet iets voor niets hebben, zoals in we hebben de wetten van de thermodynamica niet overtreden. De bacteriën zetten de voedingsstoffen die ze hebben ingenomen om in mechanisch werk door te zwemmen en het 'voedsel voor de bacteriën' zou de brandstof (bron van de energie) van de vermeende machine zijn.

"De volgende stap is om dit fenomeen experimenteel te observeren, bijvoorbeeld door van een rheometer een door bacteriën aangedreven roterende motor te maken."