Hasta ahora, los científicos han tenido que confiar en aproximaciones o puntos de vista limitados para analizar el movimiento de partículas a través de materiales porosos como tejidos biológicos, polímeros, diferentes minerales y esponjas. Ahora, un nuevo estudio ha ofrecido una técnica novedosa que presenta interesantes oportunidades en diversos entornos.
Científicos en el Universidad de Bristol han descubierto una nueva fórmula matemática que indica que el movimiento de difusión a través del material permeable se puede modelar con precisión por primera vez. La ecuación llega un siglo después de la primera ecuación de difusión, derivada por dos de los mejores físicos del mundo, Albert Einstein y Marian von Smoluchowski. Representa un avance significativo en la representación del movimiento de varias entidades, incluidas partículas microscópicas, organismos vivos y dispositivos hechos por el hombre.
El autor principal Toby Kay, completando un Ph.D. en Ingeniería Matemática, dijo: “Esto marca un paso fundamental desde los estudios de difusión de Einstein y Smoluchowski y revoluciona el modelado de entidades difusoras a través de medios complejos de todas las escalas, desde componentes celulares y compuestos geológicos hasta hábitats ambientales.
“Anteriormente, los intentos matemáticos de representar el movimiento a través de entornos salpicados de objetos que dificultan el movimiento, conocidos como barreras permeables, han sido limitados. Al resolver este problema, estamos allanando el camino para avances emocionantes en muchos sectores diferentes porque los animales, los organismos celulares y los humanos encuentran rutinariamente barreras permeables”.
Para encontrar la nueva ecuación, los científicos tuvieron que representar microscópicamente el movimiento aleatorio. Posteriormente, se alejan para describir el proceso macroscópicamente.
Según los científicos, se necesita más investigación para aplicar esta herramienta matemática a aplicaciones experimentales.
Ellos notaron, “Por ejemplo, ser capaz de modelar la difusión de moléculas de agua con precisión a través del tejido biológico mejorará la interpretación de la difusión ponderada. MRI (Imágenes por resonancia magnética) lecturas. También podría ofrecer una representación más precisa del aire que se propaga a través de envasado de alimentos materiales, lo que ayuda a determinar la vida útil y el riesgo de contaminación. Además, cuantificar el comportamiento de los animales en busca de alimento que interactúan con barreras macroscópicas, como cercas y caminos, podría brindar mejores predicciones sobre las consecuencias del cambio climático con fines de conservación”.
Autor principal Dr. Luca Giuggioli, profesor asociado de Ciencias de la Complejidad en la Universidad de Bristol, dijo: “Esta nueva ecuación fundamental es otro ejemplo de la importancia de construir herramientas y técnicas para representar la difusión cuando el espacio es heterogéneo, es decir, cuando el entorno subyacente cambia de un lugar a otro”.
"Este último descubrimiento es un paso más significativo para mejorar nuestra comprensión del movimiento en todas sus formas y formas, denominadas colectivamente las matemáticas del movimiento, que tiene muchas aplicaciones potenciales interesantes".
Referencia de la revista:
- Toby Kay y Luca Giuggioli. Difusión a través de interfaces permeables: ecuaciones fundamentales y su aplicación a las estadísticas de tiempo local y de primer paso. Investigación de revisión física.
