FUTURO

Cómo aprovechar la energía de una bacteria nadando

Un organismo nadando puede alterar la dinámica del fluido mediante su movimiento de propulsión, cambiando la viscosidad. Un equipo de investigadores cree que las bacterias podrían producir un arrastre alrededor de un pequeño rotor y alimentar microdispositivos.

Puede parecer poca cosa, pero muchas bacterias cambian la viscosidad de un fluido
Puede parecer poca cosa, pero muchas bacterias cambian la viscosidad de un fluido CDC.GOV

El estudio de sistemas vivos cada vez encuentra más posibles aplicaciones tecnológicas. Si hace menos de un mes se encontraba aprovechamiento de la capacidad que tienen las esporas bacterianas de retener humedad para crear un nuevo tipo de motor, ahora se publica en Physical Review Letters un nuevo estudio que indicaría que se podría emplear la energía que gastan las bacterias en nadar para mover pequeños dispositivos mecánicos.

El movimiento colectivo de las bacterias que nadan puede bajar la viscosidad de un fluido.

La presencia de bacterias puede alterar las características hidrodinámicas de un fluido. Eso es lo que demostraría el estudio de Héctor M. López de la Universidad París-Sud y sus colegas publicado en Physical Review Letters: el movimiento colectivo de las bacterias que nadan puede bajar la viscosidad (de forma general, la resistencia a fluir) de un fluido a cero, haciendo que tenga propiedades parecidas a lo que se conoce como un superfluido, como el helio líquido. No solo eso, si las bacterias son muy activas la viscosidad podría incluso llegar a ser negativa, lo que significaría que empujan el fluido consigo.

La viscosidad es algo más sutil que la mera resistencia a fluir. Realmente es la resistencia a las fuerzas de cizallamiento (las que hacen unas tijeras) o a cualquier otro proceso que implique una deformación. Microscópicamente esta resistencia, este “arrastre” interno, surge de que los elementos cercanos del fluido se mueven a diferentes velocidades con lo que establecen lo que se llama un gradiente de velocidades.

Los científicos han trabajado con

Escherichia coli, que es un tipo de nadador-empujador.

Un organismo nadando puede alterar la dinámica del fluido mediante su movimiento de propulsión, cambiando localmente el flujo del fluido. El modelo sugiere que los nadadores-empujadores (organismos que fuerzan al fluido a apartarse de sus colas) bajarían la viscosidad si se alinean de tal forma que su empuje contribuya al gradiente de velocidades. Experimentos recientes han confirmado que esto ocurre realmente, López y sus colegas calculan ahora lo grande que este efecto puede llegar a ser.

Los investigadores trabajaron con una bacteria modelo muy habitual en nuestros intestinos y en los laboratorios, Escherichia coli, que es un tipo de nadador-empujador. Colocaron mezclas de bacterias y fluido en un recipiente que aplica fuerzas de cizallamiento mediante una pared exterior rotatoria. Para valores de bajos a moderados de las fuerzas, las bacterias redujeron la viscosidad, tal y como estaba previsto. Cuando los científicos “doparon” las bacterias con nutrientes extra, su mayor actividad llevó a cero, e incluso por debajo de cero, la viscosidad. Los resultados negativos implican que las bacterias podrían producir un arrastre alrededor de un pequeño rotor que podría dar energía a un pequeño dispositivo, como una microbomba impulsora.

Referencia: Héctor Matías López, Jérémie Gachelin, Carine Douarche, Harold Auradou, and Eric Clément (2015) Turning Bacteria Suspensions into Superfluids Phys Rev. Lett. DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.028301

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de laCátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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