Modele pływających mikrorobotów
Nie wszystkie pływaki poruszają się w taki sam sposób. Typ mikrośrodowiska będzie również wpływał na takie zmienne, jak prędkość czy kierunek. W kontekście mikrorobotów, które mogą precyzyjnie dostarczać leki, możliwość sterowania jest niezmiernie ważna. W projekcie "Microswimmer environments: modelling, control and tailoring" (MICROENVS) udział wzięli eksperci z dziedziny fizyki ciał miękkich oraz hydrodynamiki, aby stworzyć model wpływu mikropływaków na dynamikę środowiska i odwrotnie. Zmienne obejmowały różne sposoby poruszania się oraz interakcje mikropływaków z obiektami biernymi, takimi jak filamenty i elastyczne granice. Mikroroboty, podobnie jak mikroorganizmy, poruszają się w ramach niskich wartości liczby Reynoldsa, co wymaga zastosowania innych metod pływania niż w przypadku pływaków w skali makro. Naukowcy z zespołu MICROENVS opracowali hydrodynamiczny model pływaka o niskiej liczbie Reynoldsa, który opisuje trajektorie koliste. Może posłużyć jako szablon dla sztucznych mikrorobotów wykonujących czynności polegające na transportowaniu i pompowaniu. Mikroorganizmy poruszają się, korzystając z różnych organelli, takich jak wici. Wiciowce i orzęski wytwarzają dwubiegunowe pola przepływu i naukowcy opracowali model przewidujący ich oddziaływanie ze granicami sztywnymi oraz elastycznymi. Wyniki pozwoliły objaśnić sposób, w jaki ruch pływaków zmienia się, gdy napotykają na ograniczenia, a także zbadać ruch bakterii in vivo. Badacze stworzyli również model ruchu łańcuchów polimerowych w środowisku ograniczonym. Ma to znaczenie dla sposobu, w jaki biopolimery mogą przenikać przez ścianę komórki, oraz dla zaawansowanych technik sortowania DNA. Opracowano także system umożliwiający tworzenie urządzeń rektyfikujących, które sortują pływaki pod względem sposobu poruszania się. Inny system modeluje z kolei dynamikę ruchu wielocząsteczkowego w zawiesinie. W systemach tych uwzględniono kolektywny ruch pływaków oraz ich oddziaływania z podłużnymi obiektami. Kontynuacja projektu obejmować będzie głównie zastosowanie algorytmów numerycznych, opracowanych w celu zbadania dynamiki różnych pływaków w środowisku zamkniętym, a także ich oddziaływania ze szczotkami polimerowymi oraz środowisk, w których bakterie pływają w organizmie. Interakcje pływaków ze środowiskami złożonymi to rozległe pole badań, obejmujące obszary, które trudno sobie w tej chwili wyobrazić. Jest to obecnie pole do popisu dla badań — od diagnostyki i systemów nośnikowych leków, aż po produkcję biopaliw przy użyciu glonów.
Słowa kluczowe
Mikrorobot, mikropływak, modelowanie, liczba Reynoldsa, mikroorganizmy, system nośnikowy dla leków, produkcja biopaliwa
