Actions imprévues dans les particules actives
Les physiciens ont démontré que la dépendance de la vitesse de propulsion des particules actives à leur orientation conduit à la formation de groupes de formes variées au sein de systèmes multiparticules. Cette découverte pourrait potentiellement ouvrir la voie à la matière programmable.
Actions inattendues dans les particules actives : systèmes composés de particules autopropulsées
théoriques supposent souvent des vitesses de nage constantes pour ces particules, dans de nombreuses expériences, comme celles utilisant des ultrasons à des fins médicales, la vitesse de propulsion varie en fonction de l’orientation.
Une équipe de physiciens, dirigée par le professeur Raphael Wittkowski de l’Université de Münster (Allemagne), en collaboration avec le professeur Michael Cates de l’Université de Cambridge (Royaume-Uni/Angleterre), a été la première à étudier l’impact de cette vitesse de propulsion dépendante de l’orientation sur le comportement de systèmes multiparticules, en particulier son influence sur la formation de grappes.
En utilisant une combinaison de simulations informatiques et d’analyses théoriques, l’équipe de recherche a étudié des systèmes composés de nombreuses particules actives dont la vitesse dépend de l’orientation. Au cours de ce processus, ils ont découvert une série d’effets nouveaux. Ces découvertes ont été publiées dans la revue Physical Review Letters.
La formation spontanée de grappes
Un aspect remarquable du point de vue de la physique est la formation spontanée de grappes au sein de systèmes de nombreuses particules actives, même en l’absence de toute attraction mutuelle entre les particules individuelles. Les chercheurs ont mené des simulations pour surveiller les mouvements des particules et ont observé un phénomène inattendu.
Le Dr. Stephan Bröker, premier auteur de l’Institut de physique théorique de l’Université de Münster, explique que, en règle générale, les particules dans de telles grappes restent stationnaires en moyenne statistique. Par conséquent, les chercheurs s’attendaient à la même chose dans ce cas. Cependant, ils ont découvert que les particules sortent continuellement de la grappe d’un côté et y ré-entrent de l’autre côté, ce qui résulte en un flux continu de particules.
De plus, une autre distinction notable par rapport au scénario habituel concerne la forme des grappes formées dans les systèmes de particules actives. Dans les cas conventionnels, ces grappes sont généralement circulaires. Cependant, dans les particules examinées, la forme de la grappe dépend du degré d’influence de l’orientation des particules sur leur vitesse de propulsion.
Actions inattendues dans les particules actives : Les simulations
Cette influence peut être contrôlée par les expérimentateurs. Comme le souligne le Dr. Jens Bickmann, co-auteur principal : “Théoriquement, nous pouvons faire en sorte que les particules se disposent dans n’importe quelle forme que nous souhaitons, comme si nous peignions avec elles.” Par conséquent, les simulations réalisées par les chercheurs ont révélé diverses formes, notamment des ellipses, des triangles et des carrés.
Le Dr. Michael te Vrugt, membre de l’équipe de Wittkowski et co-auteur de l’étude, souligne l’importance pratique de ces découvertes : “Pour des applications techniques, comme la réalisation de matière programmable, il est essentiel de pouvoir contrôler l’auto-assemblage des particules. Avec notre approche, cela est effectivement possible.”
Contexte : Les particules actives sont courantes en biologie, on les retrouve dans des phénomènes tels que la nage des bactéries ou le vol des oiseaux. De nos jours, il est également possible de concevoir des particules actives artificielles, comme des nano et micro-robots. Une application potentielle est leur utilisation à l’intérieur du corps humain pour une administration précise de médicaments.
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