Movimento coletivo - Collective motion

O movimento coletivo é definido como a emergência espontânea de movimento ordenado em um sistema que consiste em muitos agentes autopropelidos . Pode ser observada na vida cotidiana, por exemplo, em bandos de pássaros , cardumes de peixes , rebanhos de animais e também em multidões e no trânsito de automóveis. Também aparece no nível microscópico: em colônias de bactérias, ensaios de motilidade e partículas autopropelidas artificiais . A comunidade científica está tentando entender a universalidade desse fenômeno. Em particular, é intensamente investigado em física estatística e no campo da matéria ativa . Experimentos em animais, partículas autopropelidas biológicas e sintetizadas , simulações e teorias são conduzidos paralelamente para estudar esses fenômenos. Um dos modelos mais famosos que descreve esse comportamento é o modelo Vicsek introduzido por Tamás Vicsek et al. em 1995.

Comportamento coletivo de partículas autopropelidas

Assim como os sistemas biológicos da natureza, as partículas autopropelidas também respondem a gradientes externos e apresentam comportamento coletivo. Micromotores ou nanomotores podem interagir com gradientes autogerados e exibir comportamento de escolaridade e exclusão. Por exemplo, Ibele, et al. demonstraram que micromotores de cloreto de prata, na presença de luz ultravioleta, interagem entre si em altas concentrações e formam cardumes. Comportamento semelhante também pode ser observado com micropartículas de dióxido de titânio. As micropartículas de ortofosfato de prata exibem transições entre comportamentos de escolaridade e exclusão em resposta à amônia, peróxido de hidrogênio e luz ultravioleta. Esse comportamento pode ser usado para projetar uma porta NOR, uma vez que diferentes combinações dos dois estímulos diferentes (amônia e luz UV) geram saídas diferentes. Oscilações entre escolaridade e comportamentos de exclusão também são ajustáveis ​​por meio de mudanças na concentração de peróxido de hidrogênio. Os fluxos de fluido gerados por essas oscilações são fortes o suficiente para transportar cargas em microescala e podem até mesmo direcionar a montagem de sistemas de cristal coloidal compactados.

Micromotores e nanomotores também podem se mover preferencialmente na direção de gradientes químicos aplicados externamente, um fenômeno definido como quimiotaxia . A quimiotaxia foi observada em nanobastões de Au-Pt autopropelidos, que se difundem em direção à fonte de peróxido de hidrogênio, quando colocados em um gradiente do produto químico. As micropartículas de sílica com catalisador Grubbs amarrado a elas também se movem em direção a concentrações de monômero mais altas. As enzimas também se comportam como nanomotores e migram para regiões de maior concentração de substrato, o que é conhecido como quimiotaxia enzimática. Um uso interessante da quimiotaxia nanomotora de enzimas é a separação de enzimas ativas e inativas em canais microfluídicos. Outra é a exploração da formação do metabólon estudando o movimento coordenado das primeiras quatro enzimas da cascata da glicólise: hexoquinase, fosfoglucose isomerase, fosfofrutocinase e aldolase. Mais recentemente, as partículas revestidas com enzima mostraram comportamento semelhante em gradientes de reagentes em canais microfluídicos. Em geral, a quimiotaxia de partículas autopropelidas biológicas e sintetizadas fornece uma maneira de direcionar o movimento em microescala e pode ser usada para entrega de drogas, detecção, dispositivos lab-on-a-chip e outras aplicações.

Veja também

Notas

Outras referências

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