Vreemd zijn kan een goede zaak zijn, vooral als je een microscopisch cellulair organisme bent dat naar plaatsen probeert te gaan.

Zwemmen is misschien wel de eerste vorm van beweeglijkheid die op aarde is ontstaan. Zwemmen voor kleine dieren is echter niet per se eenvoudig. Macrozwemmers zoals sint-jakobsschelpen hebben zelfs een stelling naar hen vernoemd die wederzijds zwemmen op microschaal verbiedt.

Met andere woorden, de theorie zegt dat microscopisch kleine sint-jakobsschelpen helemaal niet zouden moeten kunnen zwemmen. Hier worden sint-jakobsschelpen gebruikt als een analogie om een ​​object met één scharnier te beschrijven.

KyotoU-onderzoekers hebben nu een nieuwe formule voor zwemmen ontdekt op basis van hun onderzoek naar vreemde elasticiteit of niet-reciprocerend gedrag door microzwemmers. De wetenschappers begonnen hun onderzoek met het uitvoeren van computermodellen van zwemmers.

"Ons eerste model zwom onverwacht goed en met prachtige zelfgegenereerde slagen", legt auteur Clément Moreau uit.

Microrobots halen de krantenkoppen vanwege hun potentieel om veilig medicijnen af ​​te leveren of niet-intrusieve operaties uit te voeren. Maar terwijl deze bewegen volgens voorgeprogrammeerde instructies, zijn de microzwemmers van Moreau en zijn team autonoom. Hun onderliggende technologie is gebaseerd op een vreemde elasticiteit, die zelfoscillaties van actieve materialen vertoont.

KyotoU-wetenschappers met verschillende achtergronden hadden samen een eenvoudig model van zelfrijdende materialen voor ogen. Met behulp van computersimulaties die vloeistofdynamica, wiskunde en statistische fysica combineren, werd waargenomen dat microzwemgedrag autonoom gerichte en deterministische beweging demonstreerde door een vreemd-elastische gloeidraad.

Het team gebruikte het zwemmermodel van Purcell - beschouwd als een minimaal model van microzwemmen met twee vrijheidsgraden - om efficiëntie, stabiliteit, controle en andere aspecten van biologische zwemmers en kunstmatige robots te bestuderen. Dit model met drie schakels bestaat uit drie slanke stangen van specifieke lengte die met elkaar zijn verbonden door twee scharnieren.

Verder vonden de onderzoekers een nieuwe wiskundige zwemformule, die aantoont dat elk vreemd elastisch micromateriaal spontaan voortbeweging in een vloeistof kan genereren, waardoor gerichte beweging ontstaat door willekeurige fluctuaties.

Het volgende doel van het team is om de waarde van oneven elasticiteit van werkelijke actieve materialen, waaronder biologische cellen, chemisch actieve enzymen en synthetische microrobots, kwantitatief te schatten.

"Wij geloven dat ons onderzoek naar vreemde elasticiteit helpt om klassieke beschrijvingen van geautomatiseerde microzwemmers te overbruggen met ons nieuwe autonome bewegingsmodel", besluit Moreau.

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review E . + Verder verkennen

Het gedrag en de dynamiek van microzwemmers modelleren