Al conectar pequeños juguetes autopropulsados ​​en una cadena, investigadores del Instituto de Física de la UvA han encontrado la clave para estudiar el movimiento de organismos microscópicos y motores moleculares dentro de nuestras células.

Los microbots ‘Hexbug Nano v2’ usan vibraciones para impulsarse hacia adelante. Al conectar varios de estos juguetes con una cadena de caucho de silicona elástica, la estructura resultante es ‘elastoactiva’. Esto significa que volverá a su forma original después de ser deformado, mientras que los componentes activos autopropulsados ​​que lo componen intentan constantemente empujar la estructura en una dirección determinada.

Según el tamaño de los eslabones de la cadena y si las cadenas estaban fijas en uno o ambos extremos, las cadenas elastoactivas mostraban una variedad de tipos de movimiento, incluidos los de auto oscilación, auto sincronización y auto ajuste.

« Al experimentar con estas cadenas elastoactivas, descubrimos que existe una interacción entre la actividad y la elasticidad : cuando domina la actividad, las cadenas oscilan y se sincronizan », dice Corentin Coulais, director del Laboratorio de Materiales para Máquinas de la Universidad de Ámsterdam.

Continúa : « La autooscilación mecánica y la sincronización son una característica clave de las máquinas biológicas, características que son útiles para fabricar nuevos tipos de robots autónomos. Estas cadenas activas realmente nos permiten identificar la naturaleza de estos fenómenos no lineales ».

Autooscilación, autosincronización y autoajuste

Cuando una estructura se autooscila, esto significa que se dobla hacia adelante y hacia atrás por sí misma. En las cadenas, los microbots pueden comenzar doblando la cadena hacia la izquierda. Sin embargo, debido a que la cadena está sujeta por un extremo, los eslabones elásticos resisten este movimiento, reorientando los bots de tal manera que comienzan a empujar y doblar la cadena hacia la derecha. Este movimiento será nuevamente resistido por la cadena elástica, hasta que los bots comiencen a moverse hacia la izquierda nuevamente.

La sincronización ocurre cuando dos cadenas elastoactivas están conectadas en un extremo por una barra lo suficientemente rígida. Al retorcerse, las dos cadenas conectadas automáticamente comienzan a oscilar con la misma frecuencia, como pastos marinos movidos por las mismas olas.

Finalmente, tomando una sola cadena elastoactiva y fijando ambos extremos, muestra un comportamiento de ‘auto-rompimiento’. Cuando doblas un naipe con los dedos, puedes hacer que se doble hacia el otro lado presionando lo suficiente desde un lado. Las cadenas elastoactivas hacen esto por sí mismas, pasando repetidamente de doblarse hacia la izquierda a doblarse hacia la derecha.

juego instructivo

« Comenzamos esta investigación simplemente jugando con los juguetes de los microbots. Pero, de manera más general, la idea era explorar materiales fuera de equilibrio. En la materia blanda, los fluidos activos se han estudiado ampliamente en los últimos 25 años, pero sus contrapartes sólidas fueron investigadas. mucho menos », dice Coulais.

Lo siguiente en el menú es explorar el comportamiento elastoactivo a escalas más pequeñas, por ejemplo, en los llamados sistemas coloidales, que consisten en pequeñas partículas suspendidas en un fluido. Aunque todavía son sistemas modelo, están más cerca del sistema biológico debido a escalas de longitud similares y la presencia del fluido. A cualquier escala, también sería interesante utilizar un diseño inteligente para incorporar múltiples autooscilaciones dentro de una sola estructura para obtener patrones de movimiento más complejos. Con una mejor comprensión de las auto-oscilaciones, la esperanza es que sea posible crear nuevos tipos de robots autónomos.