Estudiar sistemas de materia densa activa y sus fuerzas
Los grupos densos de partículas autopropulsadas que pueden adoptar estados similares a los sólidos que se denominan vidrios activos son ubicuos. Ejemplos de estos sistemas de materia densa activa son el citoplasma, los tejidos celulares, las biopelículas bacterianas e incluso las retenciones de tráfico. La ciencia estudia desde hace relativamente poco las propiedades dinámicas y mecánicas de estos vidrios activos, pero su estructura es tan desordenada y tan en desequilibrio que comprenderlos no ha resultado sencillo. Una manera de estudiar las propiedades de los vidrios activos es tratarlos como formas activas e inusuales de materia física. Investigadores respaldados por el proyecto RMAG, financiado con fondos europeos, se propusieron conocer mejor estos sistemas y, en especial, cómo se comportan bajo cizallamiento, o lo que es lo mismo, la fuerza producida por la presión en la estructura de una sustancia cuando sus capas se desplazan lateralmente en direcciones opuestas. Sus resultados se publicaron en la revista «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America». El equipo de investigación simuló un modelo de sistema vidrioso activo bajo un cizallamiento constante. En este sistema, cada partícula autopropulsada fue impulsada por una fuerza de propulsión cuya dirección sufre cambios lentos y aleatorios. «Estudiamos la respuesta de un modelo de material activo bajo un impulso constante, en el que el sistema está situado entre dos paredes, una fija y otra en movimiento, para generar deformación por cizallamiento», afirma el autor principal del estudio, el doctor Rituparno Mandal, perteneciente a la Universidad de Gotinga, entidad coordinadora del proyecto RMAG, en una noticia publicada en «EurekAlert!».
La simulación revela el orden oculto de la dirección de la fuerza
El equipo descubrió que, aunque el flujo de partículas se parece al de los líquidos normales, las direcciones de las fuerzas revelan un orden oculto, esto es, tienden a apuntar hacia la placa superior o la inferior, la que esté más cerca, mientras que las partículas con fuerzas laterales se agrupan en el centro del sistema vidrioso. «Lo que observamos fue que, con una fuerza impulsora suficientemente fuerte, surge un interesante efecto de ordenamiento», sigue explicando el doctor Mandal. «Ahora también comprendemos el efecto de ordenamiento gracias al uso de una teoría analítica simple, y las predicciones de esta teoría coinciden de manera sorprendente con la simulación». El autor sénior del estudio, el catedrático Peter Sollich, también de la Universidad de Gotinga, explica: «A menudo, una fuerza externa o impulsora destruye el orden. Sin embargo, aquí, el impulso por flujo de cizallamiento es fundamental para proporcionar movilidad a las partículas que componen el material activo y, en realidad, necesitan esta movilidad para conseguir el orden observado». Según el catedrático Sollich, se espera que los resultados de este estudio «abran un abanico de posibilidades interesantes para los investigadores que estudian las respuestas mecánicas de la materia viva». El proyecto RMAG (Rheology and Mechanics of Active Glasses) se propone ofrecer a los científicos información inédita sobre biología celular y ciencia de los materiales y facilitar el diseño de nuevos materiales activos con capacidades extraordinarias. El proyecto, de dos años de duración, finalizará en octubre de 2022. Para más información, consulte: Proyecto RMAG
Palabras clave
RMAG, vidrio activo, sistema vidrioso, fuerza, cizallamiento, partícula, materia
