Imagen: Clker-Free-Vector-Images. Fuente: Pixabay.
Un equipo de científicos de la Universidad de Oxford (Reino Unido) ha demostrado cómo el movimiento natural de las bacterias podría ser aprovechado para montar y alimentar parques eólicos microscópicos.
El estudio, publicado en la revista Science Advances, utiliza simulaciones por ordenador para demostrar que el efecto caótico de enjambre de la materia activa densa, como las bacterias, se puede organizar para girar rotores cilíndricos y proporcionar una fuente de energía constante.
Los investigadores dicen que estas plantas de energía impulsadas biológicamente algún día podrían ser motores microscópicos para pequeños dispositivos auto-ensamblados y auto-alimentados hechos por el hombre.
El co-autor Tyler Shendruk, del Departamento de Física, dice en la web de la universidad: "Muchos de los desafíos energéticos de la sociedad están en la escala de los gigavatios, pero algunos son simplemente microscópicos. Una posible manera de generar pequeñas cantidades de energía para micromáquinas podría ser recolectarlas directamente de sistemas biológicos como suspensiones bacterianas".
Las suspensiones bacterianas densas son el ejemplo por excelencia de fluidos activos que fluyen espontáneamente. Aunque las bacterias nadadoras son capaces de moverse en enjambre y dirigir fluidos vivos desorganizados, están normalmente demasiado desordenadas para que se pueda extraer energía útil de ellas.
Pero cuando el equipo de Oxford sumergió un entramado de 64 microrrotores simétricos en este fluido activo, los científicos descubrieron que las bacterias se organizaban espontáneamente de una manera tal que los rotores vecinos empezaron a girar en direcciones opuestas: una organización estructural sencilla que recuerda a la de un parque eólico.
Shendruk añade: "Lo sorprendente es que no tuvimos que prediseñar turbinas microscópicas con forma de engranaje. Los rotores simplemente se auto-ensamblan en una especie de parque eólico bacteriano".
El estudio, publicado en la revista Science Advances, utiliza simulaciones por ordenador para demostrar que el efecto caótico de enjambre de la materia activa densa, como las bacterias, se puede organizar para girar rotores cilíndricos y proporcionar una fuente de energía constante.
Los investigadores dicen que estas plantas de energía impulsadas biológicamente algún día podrían ser motores microscópicos para pequeños dispositivos auto-ensamblados y auto-alimentados hechos por el hombre.
El co-autor Tyler Shendruk, del Departamento de Física, dice en la web de la universidad: "Muchos de los desafíos energéticos de la sociedad están en la escala de los gigavatios, pero algunos son simplemente microscópicos. Una posible manera de generar pequeñas cantidades de energía para micromáquinas podría ser recolectarlas directamente de sistemas biológicos como suspensiones bacterianas".
Las suspensiones bacterianas densas son el ejemplo por excelencia de fluidos activos que fluyen espontáneamente. Aunque las bacterias nadadoras son capaces de moverse en enjambre y dirigir fluidos vivos desorganizados, están normalmente demasiado desordenadas para que se pueda extraer energía útil de ellas.
Pero cuando el equipo de Oxford sumergió un entramado de 64 microrrotores simétricos en este fluido activo, los científicos descubrieron que las bacterias se organizaban espontáneamente de una manera tal que los rotores vecinos empezaron a girar en direcciones opuestas: una organización estructural sencilla que recuerda a la de un parque eólico.
Shendruk añade: "Lo sorprendente es que no tuvimos que prediseñar turbinas microscópicas con forma de engranaje. Los rotores simplemente se auto-ensamblan en una especie de parque eólico bacteriano".
Simulación
"Cuando hicimos la simulación con un solo rotor en la turbulencia bacteriana, se movía simplemente al azar. Pero cuando poníamos una serie de rotores en el fluido vivo, de repente se formaba un patrón regular, con rotores vecinos girando en direcciones opuestas".
Amin Doostmohammadi, del Departamento de Física, dice: "La capacidad de conseguir incluso una pequeña cantidad de trabajo mecánico a partir de estos sistemas biológicos es valiosa, ya que no necesitan una potencia de entrada ni de procesos bioquímicos internos para moverse".
"A escalas micro, nuestras simulaciones muestran que el flujo generado por los conjuntos biológicos es capaz de reorganizarse de tal manera que generan una potencia mecánica persistente para hacer girar un conjunto de microrrotores".
La autora principal, Julia Yeomans, añade: "La naturaleza es brillante creando diminutos motores, y existe un enorme potencial si podemos entender cómo explotar diseños similares".
"Cuando hicimos la simulación con un solo rotor en la turbulencia bacteriana, se movía simplemente al azar. Pero cuando poníamos una serie de rotores en el fluido vivo, de repente se formaba un patrón regular, con rotores vecinos girando en direcciones opuestas".
Amin Doostmohammadi, del Departamento de Física, dice: "La capacidad de conseguir incluso una pequeña cantidad de trabajo mecánico a partir de estos sistemas biológicos es valiosa, ya que no necesitan una potencia de entrada ni de procesos bioquímicos internos para moverse".
"A escalas micro, nuestras simulaciones muestran que el flujo generado por los conjuntos biológicos es capaz de reorganizarse de tal manera que generan una potencia mecánica persistente para hacer girar un conjunto de microrrotores".
La autora principal, Julia Yeomans, añade: "La naturaleza es brillante creando diminutos motores, y existe un enorme potencial si podemos entender cómo explotar diseños similares".
Referencia bibliográfica:
S. P. Thampi et al.: Active micromachines: Microfluidics powered by mesoscale turbulenceence. Science Advances (2016). DOI: 10.1126/sciadv.1501854.
S. P. Thampi et al.: Active micromachines: Microfluidics powered by mesoscale turbulenceence. Science Advances (2016). DOI: 10.1126/sciadv.1501854.