doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.168203
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#Partículas
Um novo estudo investiga o comportamento de partículas ativas cuja velocidade de propulsão varia com sua orientação. Eles superam essas partículas formam aglomerados não circulares com um fluxo constante de partículas entrando e saindo. Esta pesquisa, significativa para o controle do potencial de montagem de partículas, tem implicações para a criação de matéria programável e avanços na tecnologia médica.
O campo de pesquisa com foco em partículas autopropelidas, conhecidas como partículas ativas, está em rápida expansão. Na maioria dos modelos teóricos, presume-se que essas partículas mantêm uma velocidade de natação constante. No entanto, esta suposição não se aplica a muitas partículas produzidas experimentalmente, como aquelas impulsionadas por ultrassom para aplicações médicas. Sua velocidade de propulsão varia com a orientação.
Uma equipe de físicos, liderada pelo Prof. Raphael Wittkowski da Universidade de Münster e incluindo o Prof. Michael Cates da Universidade de Cambridge, conduziu um estudo colaborativo para explorar como essa velocidade dependente da orientação influencia o comportamento de sistemas de partículas, particularmente em aglomerados. formação.
Eles combinaram simulações de computador com análises teóricas para descobrir novos efeitos em sistemas de partículas ativas com velocidades dependentes da orientação. Suas descobertas foram publicadas recentemente na revista Physical Review Letters.
Comportamentos surpreendentes em sistemas de partículas
O que é interessante do ponto de vista da física é que sistemas constituídos por muitas partículas ativas podem formar aglomerados espontaneamente – mesmo quando as partículas individuais não se atraem de todo. Ao medir o movimento das partículas nas simulações, os pesquisadores chegaram a um resultado particularmente surpreendente.
“Normalmente, numa média estatística, as partículas em tais aglomerados simplesmente permanecem onde estão”, explica o autor principal, Dr. Stephan Bröker, do Instituto de Física Teórica da Universidade de Münster. “Por esse motivo, esperávamos que esse fosse o caso aqui também.” Na verdade, porém, os físicos descobriram outra coisa: as partículas saem constantemente do aglomerado por um lado e voltam pelo outro, produzindo assim um fluxo permanente de partículas.
Novas formas de cluster e implicações práticas
Há também outra diferença em relação ao caso “normal”: os aglomerados que se formam em sistemas de partículas ativas são normalmente circulares. Porém, nas partículas examinadas, a forma do aglomerado depende de quão fortemente a orientação das partículas influencia a sua velocidade de propulsão – o que pode ser estipulado pelo experimentalista.
“Teoricamente, pelo menos, podemos fazer com que as partículas se organizem na forma que quisermos”, explica o co-autor principal, Dr. Jens Bickmann.
“Podemos pintar com eles, por assim dizer.” Nas simulações, os pesquisadores observaram elipses, triângulos e quadrados. “Isso dá aos resultados uma importância prática”, diz o Dr. Michael te Vrugt, da equipe de Wittkowski e também coautor do estudo. “Para aplicações técnicas – por exemplo, para a realização de matéria programável, tem que ser possível controlar a forma como as partículas se automontam – e com a nossa abordagem isso é de fato possível.”
Contexto: Há um grande número de exemplos de partículas ativas na biologia – por exemplo, bactérias nadadoras ou pássaros voadores. Hoje em dia, também é possível realizar partículas artificialmente ativas (nano e microrrobôs): um dos objetivos, por exemplo, é implantá-las no corpo para um transporte direcionado de medicamentos.
Publicado em 22/12/2023 19h34
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