Nieuw onderzoek kijkt naar navigatiestrategieën voor vervormbare microzwemmers in een stroperige vloeistof die wordt geconfronteerd met driften, spanningen en andere vervormingen.

Een vervormbare microzwemmer is een kleinschalig organisme of kunstmatige structuur die gebruik maakt van sinusoïdale lichaamsgolvingen om zichzelf door een vloeibare omgeving voort te bewegen.

De term is van toepassing op organismen zoals bacteriën die door vloeistoffen navigeren met behulp van zweepachtige staarten, flagellen genaamd, spermacellen die zichzelf door het vrouwelijke voortplantingssysteem voortstuwen, en zelfs nematoden, kleine wormen die zich met golven door water of grond bewegen.

Microzwemmers kunnen ook kleine microrobots beschrijven die zijn gemaakt van zachte materialen die zijn ontworpen om op stimuli te reageren en taken uit te voeren zoals het toedienen van medicijnen op microschaal.

Dat betekent dat de studie van microzwemmers toepassingen heeft in een breed scala aan wetenschappelijke gebieden, van biologie tot fundamentele natuurkunde tot nanorobotica.

In een nieuw artikel van Jérémie Bec proberen een onderzoeker bij CNRS en Centre Inria d'Université Côte d'Azur en zijn collega's een optimaal navigatiebeleid voor microzwemmers te vinden, cruciaal voor het verbeteren van hun prestaties, functionaliteit en veelzijdigheid voor toepassingen zoals als gerichte medicijnafgifte. Het onderzoek is gepubliceerd in The European Physical Journal E .

"Het vinden van een optimaal navigatiebeleid voor microzwemmers is cruciaal voor het verbeteren van hun prestaties, functionaliteit en veelzijdigheid in de genoemde toepassingen", zegt Bec. "Door een optimaal navigatiebeleid te bepalen, kunnen microzwemmers zich effectief aanpassen en reageren op veranderingen in de vloeibare omgeving. Hierdoor kunnen ze door obstakels navigeren, gevaren vermijden en stromingspatronen benutten voor een betere voortbeweging.

"Een optimaal navigatiebeleid zorgt ervoor dat ze efficiënt kunnen manoeuvreren en hun omgeving kunnen verkennen", voegt Bec toe.

De onderzoeker legt uit dat daarnaast een optimaal navigatiebeleid robuuste prestaties garandeert onder verschillende omstandigheden en variaties terwijl deze door een vloeibare omgeving golven.

Bec zegt dat het team vooral geïntrigeerd was door de opmerkelijke mate van variabiliteit in de prestaties van de machine learning-strategieën die ze gebruikten. De onverwachte variabiliteit in de prestaties leverde het team waardevolle inzichten op en stelde hen in staat optimale strategieën te identificeren die hun aanvankelijke verwachtingen overtroffen.

"We hebben een dieper inzicht gekregen in de complexe dynamiek die betrokken is bij het optimaliseren van het navigatiebeleid voor microzwemmers", besluit Bec. "Deze bevindingen onderstrepen het belang van het verder onderzoeken dan conventionele verwachtingen en het omarmen van het potentieel voor variabiliteit en onvoorspelbaarheid in kunstmatige intelligentie."

Meer informatie: Zakarya El Khiyati et al., Golvende microzwemmers in een vloeiende stroom sturen door versterkend leren, The European Physical Journal E (2023). DOI:10.1140/epje/s10189-023-00293-8

Journaalinformatie: Europees fysiek tijdschrift E

Aangeboden door Springer