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SynthAct3D: Pioneering 3D Real-Space Studies of Synthetic Active Matter

Descrizione del progetto

Modellare la materia attiva sintetica in 3D

Il movimento autonomo dei microrganismi nei fluidi è una caratteristica fondamentale della materia attiva, che a sua volta è un concetto centrale della fisica della materia molle. Sebbene le particelle sintetiche semoventi di dimensioni micrometriche possano convertire l’energia interna in movimento diretto, la maggior parte dei sistemi sperimentali non è adatta a studiare comportamenti collettivi come lo sciame e la turbolenza attiva nello spazio tridimensionale (3D), in quanto sono tipicamente confinati a sistemi bidimensionali (2D). Il progetto SynthAct3D, finanziato dal CER, si propone di far progredire la ricerca sulla materia attiva sintetica passando da esperimenti in 2D a materiali innovativi in 3D con funzionalità simili alla vita. Si studieranno i meccanismi fondamentali, concentrandosi sul modo in cui la dimensionalità e la forma delle particelle governano l’auto-organizzazione gerarchica e chiarendo l’impatto della propulsione e della dinamica microscopica sul comportamento delle particelle sintetiche semoventi in 3D.

Obiettivo

Autonomous motion and adaptability of microorganisms in fluids are hallmark features of living systems, fueling the emergence of active matter within the realm of soft matter physics. Notably, micron-sized synthetic self-propelled particles (SPPs) have emerged as a distinct class within this domain due to their unique ability to convert internal energy into directed motion, making them ideal models for studying inherently out-of-equilibrium systems. However, a significant challenge persists: the majority of existing synthetic SPPs are ill-suited for probing the governing principles of emergent collective behaviors observed in living systems, such as swarming, active turbulence, and living clusters, particularly in 3D real space.

The ultimate aim of SynthAct3D is to pioneer a paradigm shift, transitioning synthetic active matter from the familiar territory of 2D experiments towards the uncharted terrain of 3D materials with advanced functionalities.
This fundamentally driven, experiment-centric proposal seeks to unravel the core mechanisms behind emergent phenomena observed in living systems, employing entirely synthetic units.

SynthAct3D focuses on two complementary goals, anchored in a novel experimental framework that combines innovative SPP designs, rigorous characterization, and high-speed confocal imaging:
I. Phase behavior
a. Investigate the influences of dimensionality (2D Vs 3D) and particle shape on the emergence of self-organization, both structurally and dynamically.
b. Elucidate the role of particle propulsion and the microscopic nonequilibrium dynamics in dictating the macroscopic behavior of SPPs in 3D.
II. Active materials
a. Design reconfigurable 3D active materials (e.g. shape-shifting, and glasses)

This research is expected to yield unprecedented insights into internally powered systems in 3D, paving the way for a new class of internally driven materials with applications in reconfigurable soft materials.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito di questo schema di finanziamento

Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2024-COG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

UNIVERSITEIT TWENTE
Contributo netto dell'UE
€ 2 000 000,00
Indirizzo
DRIENERLOLAAN 5
7522 NB Enschede
Paesi Bassi
Regione
Oost-Nederland Overijssel Twente
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 2 000 000,00

Beneficiari (1)