Skip to content
Home » Wanneer het maken van een omweg sneller is: navigatie optimaliseren voor microzwemmers

Wanneer het maken van een omweg sneller is: navigatie optimaliseren voor microzwemmers

    Wanneer het maken van een omweg sneller is: navigatie optimaliseren voor microzwemmers
    Wanneer het maken van een omweg sneller is

    Twee microzwemmers passen hun oriëntatie aan om dicht bij het verlichte pad te blijven en het doel sneller te bereiken. Het maken van deze omweg kan zeer voordelig zijn, aangezien de rechte weg hen tegen de stroom in zou leiden (aangegeven door de grijze pijlen). Krediet: MPI-DS

    Terwijl de kortste weg tussen twee punten een rechte verbinding is, is dit misschien niet de meest efficiënte weg om te volgen. Complexe stromingen beïnvloeden vaak de beweging van microzwemmers en maken het moeilijk voor hen om hun bestemming te bereiken. Tegelijkertijd is het een zeker evolutionair voordeel om deze stromen te gebruiken om zo snel mogelijk te navigeren.


    Terwijl dergelijke strategieën biologische microzwemmers in staat stellen beter toegang te krijgen tot voedsel of te ontsnappen aan een roofdier, kunnen microrobots op deze manier worden gericht om specifieke taken uit te voeren.

    Het optimale pad in een bepaalde stroom kan gemakkelijk wiskundig worden bepaald, maar fluctuaties verstoren de beweging van microzwemmers en doen ze afwijken van de optimale route. Ze moeten dus hun beweging aanpassen om rekening te houden met veranderingen in de omgeving. Dit vereist meestal de hulp van een externe tolk en neemt hun autonomie weg.

    “Dankzij de evolutie hebben sommige micro-organismen autonome strategieën ontwikkeld die gerichte beweging naar een grotere concentratie van voedingsstoffen of licht mogelijk maken”, legt eerste auteur van de studie Lorenzo Piro uit. Geïnspireerd door dit idee ontwierpen de onderzoekers van de afdeling Living Matter Physics van de MPI-DS strategieën waarmee microzwemmers op een bijna autonome manier optimaal kunnen navigeren.

    Licht als gids voor autonome navigatie

    Wanneer een externe tolk het navigatiepatroon definieert, volgen microzwemmers gemiddeld een goed gedefinieerd pad. Het is dus een goede benadering om de microzwemmer langs dat pad binnen de stroming te begeleiden. Dit kan autonoom worden bereikt via externe prikkels, ondanks de aanwezigheid van fluctuaties.

    Dit principe zou kunnen worden toegepast op zwemmers die reageren op variatie van licht, zoals bepaalde algen, in welk geval het optimale pad eenvoudig kan worden verlicht. Opmerkelijk is dat de resulterende prestaties vergelijkbaar zijn met extern gecontroleerde navigatie. “Deze nieuwe strategieën kunnen gemakkelijker worden toegepast op complexere scenario’s zoals navigatie op gebogen oppervlakken of in de aanwezigheid van willekeurige stromingen”, concludeert Ramin Golestanian, directeur bij MPI-DS.

    Mogelijke toepassingen van de studie variëren dus van gerichte medicijnafgifte op microschaal tot het optimale ontwerp van autonome micromachines.

    Het onderzoek is gepubliceerd in de Nieuw tijdschrift voor natuurkunde.


    Slimme microrobots leren zwemmen en navigeren met kunstmatige intelligentie


    Informatie:
    Lorenzo Piro et al, Optimale navigatie van microzwemmers in complexe en lawaaierige omgevingen, Nieuw tijdschrift voor natuurkunde (2022). DOI: 10.1088/1367-2630/ac9079

    Geleverd door Max Planck Society

    citaten: Wanneer het maken van een omweg sneller is: Optimalisatie van navigatie voor microswimmers (2022, 7 oktober) opgehaald op 7 oktober 2022 van https://phys.org/news/2022-10-detour-faster-optimizing-microswimmers.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.