Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han estudiado cómo los nadadores, como las bacterias o los espermatozoides, nadan a través de fluidos con propiedades tanto sólidas como líquidas, por ejemplo, geles. Descubrieron que los cambios sutiles en las características del nadador, su estructura y cómo se mueve, invocan dramáticamenterespuesta diferente del fluido. También descubrieron que la similitud en el tamaño entre la estructura del fluido y el nadador condujo a una amplia gama de comportamientos interesantes.
Nadar es un asunto complicado para el microorganismo. Puede que no parezca tan difícil cuando nos damos un chapuzón en la piscina, pero a escalas microscópicas o al número de Reynolds bajo , el efecto de la viscosidad del fluido circundante impone restricciones severas sobre cómo se puede nadar. Sin embargo, la naturaleza logra lograrlo; los micro-nadadores juegan papeles vitales en una amplia gama de fenómenos. Tome la reproducción, es decir, el esperma, o el movimiento activo debacterias. Comprender cómo funcionan es un asunto importante.
Para comprender a los nadadores, los estudios anteriores se han centrado en cómo se comportan los modelos mínimos de nadadores en fluidos uniformes. Un modelo particularmente popular es el llamado micro-nadador de tres esferas , una cadena de tres esferas microscópicas unidas entre sí por brazos; la cuerda puede impulsarse hacia adelante bombeando los brazos hacia atrás y hacia adelante en un líquido. Esta estructura simple nos permite superar las limitaciones del teorema de "vieira" de Purcell,que dice que el movimiento que se ve igual cuando se juega hacia atrás simetría de inversión de tiempo, como una apertura y cierre de vieira, no se puede usar para la locomoción.
¿Pero qué pasa con el líquido? Tome como el esperma viaja a través del moco cervical para llegar a los huevos en la reproducción de mamíferos; el moco es un ejemplo de materia blanda , donde la estructura interna, en este caso hecha de azúcares y proteínas, responde de manera compleja al movimiento del nadador. Para abordar este problema, un equipo formado por Kento Yasuda y el profesor asociado Shigeyuki Komura de la Universidad Metropolitana de Tokio yRyuichi Okamoto, profesor de la Universidad de Okayama, estudió cómo se comportan los micro-nadadores de tres esferas en un fluido estructurado, un gel de polímero, por ejemplo, gelatina.
Su análisis reveló que, en términos generales, había dos mecanismos para lograr el movimiento, uno al romper la simetría de inversión de tiempo, y el otro al modular las amplitudes en los latidos de los dos brazos del nadador. Con este último, se descubrió que la natación podíase puede lograr sin romper la simetría anterior, una laguna en el teorema de la vieira.A través de un análisis más detallado, lograron derivar expresiones de cómo la velocidad del nadador se relacionaba con la forma en que un fluido estructurado resiste el movimiento de un nadador.que cuando los nadadores eran más grandes que el tamaño de malla del gel, había una mayor resistencia con golpes más rápidos, una conclusión algo contradictoria.
Este trabajo marca un progreso significativo al acercar un modelo de nadador mínimo popular a casos relevantes para la experimentación, incluyendo el golpe de pelos "cilios" en las células y la motilidad de las bacterias. También puede ver la aplicación a escenarios más exóticos, por ejemplo, la locomociónde robots a través de escombros después de deslizamientos de tierra.
Este trabajo fue apoyado por una Subvención de Ayuda JSPS KAKENHI para los Investigadores JSPS 18J21231 y para la Investigación Científica C 18K03567. El estudio ha sido publicado en línea en la revista Cartas de Eurofísica .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Metropolitana de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :