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A quantidade de energia que um micronadador precisa para se mover agora pode ser determinada com mais facilidade. Cientistas do departamento de Física da Matéria Viva do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPI-DS) desenvolveram um teorema geral para calcular a energia mínima necessária para a propulsão. Esses insights permitem uma compreensão profunda de aplicações práticas, como o transporte direcionado de moléculas e substratos.
Uma das propriedades mais importantes de um veículo, seja ele um carro, um avião ou um navio, é o consumo de combustível para percorrer uma determinada distância a uma determinada velocidade. No mundo microscópico, existem pequenos objetos que podem se autopropelir em um ambiente fluido. Esses chamados micronadadores incluem bactérias e outros microorganismos, que usam cílios ou flagelos para se mover, mas também objetos fabricados artificialmente. Embora os micróbios biológicos tenham evoluído para nadar de forma eficiente, é necessário compreender os mecanismos por trás da autopropulsão para projetar também micronadadores artificiais eficientes.
Uma nova abordagem para descrever o movimento dos micronadadores
Enquanto muitos modelos até agora tratavam os micronadadores como se fossem puxados ou arrastados por uma força externa, o novo modelo concentra-se na energia necessária para a autopropulsão do micronadador. “Muitos problemas de otimização que antigamente exigiam o uso de computadores podem agora ser resolvidos com papel e caneta”, descreve Andrej Vilfan, líder do grupo MPI-DS. Os resultados também podem ser usados para determinar a forma mais eficiente de micronadadores ativos. “Embora à primeira vista as formas resultantes possam parecer surpreendentes para nós, um olhar mais atento mostra que elas realmente apresentam semelhanças impressionantes com as formas encontradas na natureza”, explica Vilfan.
Otimizando o design de micronadadores artificiais
O modelo recentemente proposto elucida a diferença na produção de entropia entre micronadadores ativos e partículas acionadas externamente. Na escala microscópica, os efeitos entrópicos desempenham um papel crucial no movimento das partículas. “Nossos resultados têm impacto em diversos campos de pesquisa, como microfluídica, biofísica e ciência dos materiais”, resume Abdallah Daddi-Moussa-Ider, primeiro autor do estudo. Os micronadadores têm o potencial de transportar partículas e moléculas, como medicamentos, de maneira direcionada para uma área alvo. “Uma compreensão profunda dos princípios de movimento dos micronadadores abre muitas possibilidades de inovação e aplicações práticas”, conclui Daddi-Moussa-Ider.
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