Levende of biologische systemen kunnen niet gemakkelijk worden begrepen met behulp van de standaardwetten van de natuurkunde, zoals thermodynamica, zoals wetenschappers zouden doen voor gassen, vloeistoffen of vaste stoffen. Levende systemen zijn actief, met fascinerende eigenschappen, zoals zich aanpassen aan hun omgeving of zichzelf herstellen. Verkenning van de vragen van levende systemen met behulp van computersimulaties, onderzoekers van de Universiteit van Göttingen hebben nu een nieuw soort ordeningseffect ontdekt dat wordt gegenereerd en ondersteund door een eenvoudige mechanische vervorming, met name stabiele afschuiving. De resultaten zijn gepubliceerd in PNAS .

Inzicht in levende systemen, zoals weefsels gevormd door cellen, vormt een grote uitdaging vanwege hun unieke eigenschappen, zoals aanpassing, zelfreparatie en zelfaandrijving. Niettemin, ze kunnen worden bestudeerd met behulp van modellen die ze behandelen als slechts een ongewone, "actieve" vorm van fysieke materie. Dit kan buitengewone dynamische of mechanische eigenschappen onthullen. Een van de puzzels is hoe actieve materialen zich gedragen onder afschuiving (de vervorming die wordt veroorzaakt door de bovenste en onderste lagen zijwaarts in tegengestelde richtingen te bewegen, zoals microscoopafdekplaten tegen elkaar schuiven). Onderzoekers van het Instituut voor Theoretische Fysica, De Universiteit van Göttingen onderzocht deze vraag en ontdekte een nieuw soort ordeningseffect dat wordt gegenereerd en ondersteund door gestage afschuifvervorming. De onderzoekers gebruikten een computermodel van zelfrijdende deeltjes waarbij elk deeltje wordt aangedreven door een voortstuwingskracht die langzaam en willekeurig van richting verandert. Ze ontdekten dat hoewel de stroom van de deeltjes lijkt op die in gewone vloeistoffen, er is een verborgen volgorde die wordt onthuld door te kijken naar de krachtrichtingen:deze hebben de neiging om naar de dichtstbijzijnde (boven- of onder) plaat te wijzen, terwijl deeltjes met zijwaartse krachten zich ophopen in het midden van het systeem.

"We waren de reactie aan het onderzoeken van een actief modelmateriaal onder constant rijden, waar het systeem is ingeklemd tussen twee muren, de ene stationair en de andere in beweging om afschuifvervorming te genereren. Wat we zagen was dat bij een voldoende sterke drijvende kracht, er ontstaat een interessant ordeningseffect, " zegt Dr. Rituparno Mandal, Instituut voor Theoretische Fysica aan de Universiteit van Göttingen. "We begrijpen nu ook het ordeningseffect met behulp van een eenvoudige analytische theorie en de voorspellingen uit deze theorie komen verrassend goed overeen met de simulatie."

Senior auteur professor Peter Sollich, ook van het Instituut voor Theoretische Fysica, Universiteit van Göttingen, verklaart, "Vaak, een externe kracht of drijvende kracht vernietigt de ordening. Maar hier is de aandrijving door afschuifstroming de sleutel om mobiliteit te bieden aan de deeltjes waaruit het actieve materiaal bestaat, en ze hebben deze mobiliteit eigenlijk nodig om de waargenomen orde te bereiken. De resultaten zullen opwindende mogelijkheden bieden voor onderzoekers die de mechanische reacties van levende materie onderzoeken."