Solucanlar genellikle kendilerini zar zor özgürleştirebilecekleri bir küme oluştururlar. Benzer şekilde aktif, kıvranan bir yapı, aslan yeleği denizanası dokunuşları dolaştığında oluşur. Robotik tutucular, nesneleri kavramak ve taşımak için çoklu sentetik esnek kollar kullanarak bu prensibi kullanır. Ve birbirine bağlı bu tür kendi kendine tahrikli filamentler, örneğin biyolojik bir hücrede daha küçük mikrometre ölçeğinde de bulunabilir.
Zincirler veya dokunaçlar polimer zincirleri olarak da bilinir. Sadece termal gürültüye maruz kaldıklarında, bu tür karışıklıkların yapısı ve dinamikleri geleneksel polimer fiziği ile tanımlanır. Teorik açıklama bir tüp modeline dayanır: bir polimer zinciri, komşuları tarafından oluşturulan kıvrımlı bir tüp içinde rastgele ileri geri hareket eder.
HHU’daki Teorik Fizik Enstitüsü II’den Profesör Dr. Hartmut Löwen, “Bu modeli kullanarak, fizikçiler bir zincirin bir kümeden kendisini ne kadar hızlı bir şekilde serbest bırakabileceğini tahmin edebilirler. İhtiyaç duyulan zaman, evrensel bir üs ile sözde bir ölçeklendirme yasası ile belirlenir ve zincir uzunluğunda, bir zincir uzunluğuna kadar, bir zincir uzunluğuna kadar, bir zincir uzunluğuna kadar,” iki kez daha uzun sürer. ” Pierre-Gilles de Gennes, bu polimer modellemesi için 1991 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.
Bununla birlikte, polimerler aktif olduğunda modelin nasıl değiştiği bilinmemektedir. Örneğin, rastgele kıvranan canlı solucan zincirlerinden oluştuklarında. “Aktif Yumuşak Madde” araştırma alanından gelen bu merkezi soru uzun zamandır cevapsız kalmıştır.
HHU, Darmstadt Teknik Üniversitesi ve Dresden Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar, Dresden’deki MAX PANCK Fizik Enstitüsü ile işbirliği içinde, şimdi bu dinamikleri büyük ölçekli bilgisayar simülasyonları yardımıyla ortaya çıkardılar. Yayınlamak Doğa İletişimi ölçeklendirme yasalarının temel olarak değiştiğini gösterebildiler: ilişkili üs, rastgele dışarıya başlatılan zincirlerin pasif durumuna kıyasla önemli ölçüde değişiyor.
Bu süreçte, araştırmacılar sadece yeni üssü belirlemekle kalmadı, aynı zamanda yeni fenomenlerin sınıflandırılabileceği ve açıkça anlaşılabileceği yeni bir tüp modeli oluşturdular. Model ile, iç kavrama kuvvetleri, canlı bir sistemin kendisini dolaşmasına ve engellemesine neden olduğu için bu canlı polimer kütlesinin sertliğinin önemli ölçüde arttığını tespit ettiler.
Profesör Löwen’in denetimi altında doktorasını kazanan ve şimdi Trento’da araştırma yapan baş yazar Dr. Davide Breoni, “Bu kümeleri bilgisayar modelimizde çeşitli polimer boyutlarına hazırlamak özenli bir işti. Ancak, daha sonra çeşitli polimer uzunlukları için altta yatan ölçekleme yasalarını sayısal olarak çıkarabildik.”
HHU’da doktora sonrası olarak çalışan ve şimdi Darmstadt’ta çalışan Dr. Suvendu Mandel, “Yeni yasalar polimer fiziğinde devrim yaratıyor. Canlı sistemlerin genel olarak dolaşması, sezgisel olarak arttırılmasının çok kolay olduğunu gösteriyorlar. Sezgisel olarak, aktif hareketlerinin kendilerini daha hızlı bir şekilde uydurmalarını sağladığını bekler.”
Profesör Löwen bu bulguların pratik bir faydasını gösteriyor: “Bir düğmenin itilmesinde, yani viskoelastik özelliklerini büyük ölçüde değiştirebilen yeni ‘akıllı malzemelerin’ geliştirilmesini sağlayabilirler.”
