Marvel-stripsuperhelden Ant-Man and the Wasp - nom de guerre-sterren van de gelijknamige film uit 2018 - hebben het vermogen om tijdelijk te krimpen tot de grootte van insecten, terwijl ze de massa en kracht van hun normale menselijke lichaam behouden. Maar een nieuwe studie suggereert dat, wanneer bug-sized, Ant-Man en de Wasp zouden voor serieuze uitdagingen komen te staan, inclusief zuurstofgebrek.

Die uitdagingen, samen met hun oplossing-microfluïdische technologieën, zal worden beschreven door de afgestudeerde student technische mechanica Max Mikel-Stites van Virginia Tech op de 71e jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, die zal plaatsvinden van 18-20 november in het Georgia World Congress Center in Atlanta, Georgië.

Mikel-Stites en zijn adviseur, Anne Stapels, een universitair hoofddocent op de afdeling biomedische technologie en mechanica van Virginia Tech, bestuderen normaal gesproken biologische vloeistofdynamica, met een bijzondere focus op insectenademhaling en vloeistofstromen op insectenschaal. Het lab van Staples heeft microfluïdische apparaten ontwikkeld, geïnspireerd op de ademhalingssystemen van insecten, waarbij de stroomsnelheid en -richting van de stroom door afzonderlijke kanalen in het apparaat kan worden geregeld zonder het gebruik van kleppen.

Het werk, die in een aparte presentatie op de DFD-bijeenkomst zal worden besproken, zou de aandrijfmachines kunnen verminderen die nodig zijn voor microfluïdische apparaten die op veel verschillende wetenschappelijke gebieden worden gebruikt, en ze draagbaarder en kostenefficiënter te maken. "Dat perspectief toepassen op Ant-Man and the Wasp leek een eenvoudig ding om te doen, zei Mikel-Stites.

In hun analyse de onderzoekers bepaalden dat de atmosferische dichtheid, in feite, het aantal moleculen (zeg, zuurstof) in een bepaald luchtvolume - dat door de helden ter grootte van een beestje wordt ervaren, wordt teruggebracht tot een niveau dat bijna identiek is aan dat van de zogenaamde "doodszone" van de Mount Everest, " waar er niet genoeg zuurstof is voor een mens om te ademen. "Hoewel de werkelijke atmosferische dichtheid hetzelfde is voor een insect en een mens, de subjectieve atmosferische dichtheid ervaren door een mens die krimpt voor veranderingen in de grootte van insecten, Mikel-Stites legde uit. "Bijvoorbeeld, een persoon van normale grootte die diep ademhaalt, kan verwachten een aantal zuurstofmoleculen in te ademen. Echter, wanneer die persoon wordt verkleind tot de grootte van een mier, ondanks dat we nog steeds hetzelfde aantal zuurstofmoleculen nodig hebben, veel minder zijn beschikbaar in een enkele ademtocht.

De "doodszone" begint voor een mens van normale grootte ongeveer 8, 000 meter boven zeeniveau. De gekrompen superhelden, berekenden de onderzoekers, zou voelen alsof ze op een hoogte van 7 waren, 998 meter, en dat zou een ernstig - zo niet dodelijk - geval van hoogteziekte opleveren.

"Voor iemand die niet gewend is, symptomen van hoogteziekte variëren van hoofdpijn en duizeligheid tot vochtophoping in de longen en hersenen, en mogelijk de dood. Dit gebeurt gedeeltelijk omdat mensen kunnen reageren door te proberen sneller te ademen, om hun zuurstofopname te verhogen, en omdat het lichaam probeert te functioneren met minder zuurstof dan normaal, " hij zei.

En dat is niet de omvang van de problemen van Ant-Man en de Wasp, het team gevonden. Gebaseerd op een relatie die bekend staat als de wet van Kleiber, die de stofwisseling van een dier correleert met zijn grootte, de onderzoekers ontdekten dat de stofwisselingssnelheden per massa-eenheid van de superhelden met een grootte van een insect met ongeveer twee ordes van grootte zouden toenemen, net als hun zuurstofbehoefte.

Maar niet alles is verloren - dankzij de wetenschap. Volgens Mikel-Stites, het gebruik van microfluïdische componenten zoals Knudsen-pompen (die worden aangedreven door temperatuurgradiënten) en gascompressoren op microschaal, zou kunnen worden ingebed in de helmen van Ant-Man en de Wasp om hen te helpen ademen op microschaal.