Исследователи изучили физические процессы, которые управляют движением существ без разума и мышц. Несмотря на относительную простоту формы одноклеточные существа выработали сложные формы для исследования окружающего пространства. Исследователи из Института динамики и самоорганизации Макса Планка провели серию экспериментов, чтобы раскрыть физические механизмы, определяющие стратегии движения микропловцов.

В первом эксперименте исследователи изучали, как движущиеся микропловцы влияют друг на друга. В их эксперименте микроскопические капли масла в мыльном растворе движутся независимо друг от друга, выделяя небольшое количество масла.

Такие же «инверсионные следы», которые могут отпугнуть другие микроорганизмы, оставляют за собой бактерии, считают ученые. Микропловцы могут определить, был ли в последнее время в том же месте другой организм. Такая стратегия приводит к самоизбегающему движению, объясняют авторы работы.

Микроорганизмы отталкиваются от следов и движутся в замкнутом контуре вдали от других. При этом отталкивающее действие одного «пловца» от траектории другого определяется углом сближения и временем, прошедшим с момента первого проплывания.

Плавающие частицы оставляют «инверсионный след», отталкивающий другие частицы. Изображение: MPI-DS / Maass

В другом эксперименте ученые показали, что для того, чтобы двигаться против течения в узком канале, мелкие организмы используют гидродинамическое взаимодействие со стенкой канала. Такой тип движения объясняет, например, как патогенные бактерии перемещаются по кровеносным сосудам.

Кроме того, ученые изучили коллективное гидродинамическое поведение большого количества микропловцов. Они обнаружили, что многочисленные капли могут образовывать скопления, которые плавают, как корабли на воздушной подушке, или поднимаются и вращаются, как маленькие вертолеты. При этом отдельные частицы не могли так перемещаться.

Активные микропловцы могут образовывать скопления, которые спонтанно начинают вращаться и подниматься, как микроскопические вертолеты. Изображение: MPI-DS / Maass

Исследователи полагают, что различные модели движения, найденные у микроорганизмов, можно использовать для проектирования нанороботов и разработки механизмов адресной доставки лекарств.