fluido activo

Un fluido activo es un material blando densamente empaquetado cuyos elementos constituyentes pueden inyectar y disipar energía directamente. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Algunos ejemplos incluyen suspensiones densas de bacterias , redes de microtúbulos o nadadores artificiales. ^{[ 1 ]} Estos materiales se engloban en la amplia categoría de materia activa y difieren significativamente en sus propiedades en comparación con los fluidos pasivos, ^{[ 4 ]} que pueden describirse mediante la ecuación de Navier-Stokes . Si bien los sistemas que pueden describirse como fluidos activos se han observado e investigado en diferentes contextos durante mucho tiempo, el interés científico en las propiedades directamente relacionadas con la actividad ha surgido solo en las últimas dos décadas. Se ha demostrado que estos materiales exhiben una variedad de fases diferentes, que van desde patrones bien ordenados hasta estados caóticos (véase más adelante). Investigaciones experimentales recientes han sugerido que las diversas fases dinámicas que exhiben los fluidos activos pueden tener importantes aplicaciones tecnológicas. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Los términos «fluidos activos», « nemáticos activos » y « cristales líquidos activos » se han utilizado casi como sinónimos para denotar descripciones hidrodinámicas de materia activa densa. ^{[ 1 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} Si bien en muchos aspectos describen el mismo fenómeno, existen diferencias sutiles entre ellos. «Nemáticos activos» y «cristales líquidos activos» se refieren a sistemas donde los elementos constituyentes tienen orden nemático, mientras que «fluidos activos» es el término más genérico que combina sistemas con interacciones tanto nemáticas como polares.

Existe una amplia gama de elementos celulares e intracelulares que forman fluidos activos. Esto incluye sistemas de microtúbulos , bacterias , espermatozoides y microorganismos nadadores inanimados . ^{[ 1 ]} Se sabe que estos sistemas forman diversas estructuras, como redes regulares e irregulares , así como estados aparentemente aleatorios en dos dimensiones.

El mecanismo que subyace a la formación de diversas estructuras en fluidos activos es un área de investigación activa. Se sabe que la formación de estructuras en fluidos activos está íntimamente relacionada con defectos o disclinaciones en el campo del parámetro de orden ^{[ 14 ] [ 15 ]} (el orden orientacional de los agentes constituyentes). Una parte importante de la investigación sobre fluidos activos implica el modelado de la dinámica de estos defectos para estudiar su papel en la formación de patrones y la dinámica turbulenta en fluidos activos. Las versiones modificadas del modelo de Vicsek se encuentran entre los primeros enfoques utilizados para modelar fluidos activos. ^{[ 16 ]} Se ha demostrado que dichos modelos capturan los diversos estados dinámicos que exhiben los fluidos activos. ^{[ 16 ]} Enfoques más refinados incluyen la derivación de ecuaciones hidrodinámicas de límite continuo para fluidos activos ^{[ 17 ] [ 18 ]} y la adaptación de la teoría de cristales líquidos mediante la inclusión de los términos de actividad. ^{[ 12 ]}

Se han propuesto algunas aplicaciones tecnológicas para fluidos activos, como la alimentación de motores moleculares mediante turbulencia activa y estados estructurados. ^{[ 6 ]} Además, dadas las innumerables aplicaciones que los cristales líquidos encuentran en diversas tecnologías, se han propuesto ampliarlas mediante el uso de cristales líquidos activos. ^{[ 19 ]}

• materia activa
• Modelo Vicsek
• Ecuaciones de Navier-Stokes
• materia blanda