Kako se čestice kreću u turbulentnim tečnostima? Odgovor na ovo pitanje može se naći u novom modelu predstavljenom u tezi sa Univerziteta u Geteborgu. Model bi mogao pomoći da se ubrza razvoj novih lekova.
Kada promešate čašu vode, lako je pomisliti da će sve čestice u vodi završiti u haosu i kretati se potpuno nasumično. Ali to nije uvek slučaj. Na primer, takozvani aktivni mikroplivači mogu sami da se kreću kroz tok.
Navid Musavi, dr. student na Univerzitetu u Geteborgu, kreirao je model koji uključuje različite hidrodinamičke faktore za proučavanje kako se ove čestice ponašaju i čak koriste turbulenciju.
Mikroplivači mogu biti biološki, kao što je plankton, ili projektovane čestice kao što su nanomotori. Plankton doprinosi globalnim ekosistemima tako što proizvodi kiseonik i čini osnovu okeanske mreže hrane.
Navid Musavi je stvorio nove metode za modeliranje i proučavanje navigacije mikroplivača kombinujući fiziku aktivne materije sa principima mašinskog učenja. Teza pronalazi optimalno ponašanje planktona da preživi u svom turbulentnom staništu.
„U modelu, plankton koristi lokalne informacije za navigaciju, odražavajući uslove iz stvarnog sveta sa kojima se ovi mali plivači susreću. Za razliku od prethodnih modela gde je navigacija bila zasnovana na globalnim informacijama“, kaže Navid Musavi.
Istraživanje je takođe pokazalo da mikroplivači mogu da iskoriste protok da se kreću brže nego što mogu sami, što je važan uvid i za biološke i za veštačke primene.
Još jedan uzbudljiv rezultat studije je otkriće optimalnog ponašanja kako bi se izbeglo visoko turbulentno naprezanje. Iznenađujuće, primećeno je da mikroplivači imaju tendenciju da plivaju protiv struje da bi zadržali svoju poziciju u regionima sa niskim opterećenjem.
„Čini se da je ovo ponašanje ključno za opstanak i omogućava planktonu da izbegne predatore i ostane u zonama bogatim hranljivim materijama“, kaže Navid Musavi.
Pokazalo se da sve pronađene strategije efikasno funkcionišu u nekoliko različitih scenarija, što znači da se mogu primeniti na situacije iz stvarnog života.
Rezultati studije daju važno znanje koje ima nekoliko primena. Primer je u medicini, gde bi to moglo da pomogne u razvoju pametnih mikro plivača koji mogu da isporučuju lekove direktno u određene delove tela, čineći tretmane efikasnijim. U pogledu životne sredine, ovi sićušni plivači mogli bi da pomognu u čišćenju mikroplastike iz naših okeana i doprinesu zdravijoj planeti.
„U budućnosti ćemo morati da potvrdimo model u eksperimentima, kako sa prirodnim planktonom tako i sa veštačkim mikro-plivačima“, kaže Navid Musavi.
Istraživači takođe planiraju da istraže složenije modele koji se bave energetskom efikasnošću i kolektivnim ponašanjem više plivača.
