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Investigadores de la UB identifican leyes universales en el comportamiento turbulento de los fluidos activos

Fotografía de un neumático activo obtenida con un microscopio de fluorescencia.

Fotografía de un neumático activo obtenida con un microscopio de fluorescencia.

Resumen visual del trabajo.

Resumen visual del trabajo.

11/10/2021

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Ciertas agrupaciones de bacterias o tejidos celulares forman sistemas que se denominan fluidos activos. Estos pueden fluir espontáneamente sin tener que forzarlos desde el exterior, ya que sus componentes son capaces de generar fuerzas y moverse de forma autónoma. Cuando la actividad es bastante alta, los flujos espontáneos se hacen caóticos, similares a los observados en la turbulencia de los fluidos ordinarios. Investigadores de la UB han identificado leyes universales en este comportamiento turbulento de los fluidos activos. Los resultados de su trabajo se han publicado en la revista Physical Review X.

Debido a su semejanza visual con la turbulencia ordinaria, los flujos caóticos de los fluidos activos se han llamado turbulencia activa. El estudio de este fenómeno es significativo para el diseño de nanomotores y puede explicar flujos complejos que se observan en sistemas vivos, como los que se producen durante el cierre de una herida. Según apuntan los investigadores de la UB, los resultados de su trabajo «son relevantes porque demuestran que los flujos de la turbulencia activa, a pesar de ser caóticos y muy complejos, se pueden describir mediante leyes matemáticas sencillas y genéricas».

Para ello han realizado experimentos con unos fluidos activos compuestos por proteínas del citoesqueleto y enzimas que les proporcionan la energía necesaria para generar fuerzas y fluir espontáneamente. Los investigadores, miembros de los institutos de la UB, UBICS e IN2UB, crearon una capa delgada de este material activo rodeada de dos fluidos pasivos: agua y aceite.

En concreto, los investigadores midieron los flujos del fluido activo y corroboraron de forma experimental la existencia de dos regímenes de flujo que ya habían predicho teóricamente. Además, los experimentos revelaron un nuevo régimen causado por el acoplamiento de la capa activa con los fluidos pasivos que la rodean. Por lo tanto, el trabajo pone de manifiesto el papel esencial de los fluidos pasivos que rodean el sistema activo. Para explicar estos resultados, los investigadores han formulado un marco teórico que, teniendo en cuenta los efectos de los fluidos pasivos, predice las leyes de potencias observadas en los experimentos.

 

En el vídeo pueden verse los flujos caóticos en un neumático activo gracias al uso de trazadores fluorescentes. 

 

Referencia del artículo:
B. Martínez-Prat, R. Alert, F. Meng, J. Ignés-Mullol, J. F. Joanny, J. Casademunt, R. Golestanian y F. Sagués. «Scaling regimes of active turbulence with external dissipation». Physical Review X, 11, 031065,  septiembre de 2021. Doi: 10.1103/PhysRevX.11.031065
 

 

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