Gli stili di nuoto dei microrobot
Non tutti gli swimmer hanno lo stesso tipo di movimento e, inoltre, il tipo di microambiente influisce su variabili come la velocità e la direzione. Se si tratta di microrobot che devono erogare farmaci in modo preciso, naturalmente, la controllabilità è estremamente importante. Il progetto MICROENVS (“Microswimmer environments: modelling, control and tailoring”) ha riunito esperti di fisica della materia soffice e di idrodinamica per modellare gli effetti dei microswimmer sulle dinamiche dei relativi ambienti e viceversa. Tra le variabili vi sono i diversi tipi di andatura e l’interazione con gli oggetti passivi, come filamenti e confini elastici. I microrobot, come i microorganismi, si muovono con un regime a basso numero di Reynolds, che implica movimenti diversi dai dispositivi di spostamento nei fluidi in macroscala. I ricercatori di MICROENVS hanno sviluppato un modello idrodinamico di swimmer a basso numero di Reynolds che descrive traiettorie circolari, che può essere utilizzato come modello per microrobot artificiali per attività di trasporto e pompaggio. Per la loro mobilità, i microbi utilizzano una varietà di organelli, come ad esempio i flagelli. Le alghe flagellate e le alghe ciliate producono campi di scorrimento dipolari e i ricercatori hanno sviluppato un modello che consente di prevederne l’interazione con confini rigidi ed elastici, ottenendo risultati che hanno permesso di comprendere meglio il modo in cui la mobilità dei dispositivi viene influenzata in un ambiente chiuso e dal movimento dei batteri in vivo. Hanno inoltre modellato il movimento delle catene di polimeri confinati in ambiente chiuso, che risulta importante per il modo in cui i biopolimeri riescono a oltrepassare la parete cellulare e per le tecniche avanzate di smistamento del DNA. Il team ha inoltre prodotto un sistema di sviluppo dei dispositivi di rettifica, che ordinano gli swimmer in base alla tipologia della loro andatura, e un altro che modella la dinamica di molte particelle in sospensione, il movimento collettivo degli swimmer e la loro interazione con gli oggetti estesi. Il seguito del progetto consisterà soprattutto nell’utilizzo degli algoritmi numerici per studiare le dinamiche di vari nuotatori in ambienti confinati, nonché la loro interazione con cespugli di polimeri e gli ambienti incontrati dai batteri nell’organismo. L’interazione degli swimmer con ambienti complessi è un settore molto ampio, che comprende anche ambiti che oggi sono difficilmente immaginabili. Attualmente, sono prospettabili aree di ricerca che vanno dalla diagnostica e dalla somministrazione di medicinali, fino alla produzione dei biocarburanti tramite le alghe.
Parole chiave
Microrobot, microswimmer, modellazione, numero di Reynolds, microbi, somministrazione dei farmaci, produzione di biocarburanti
