Para ilmuwan harus bergantung pada perkiraan atau sudut pandang terbatas sampai sekarang untuk menganalisis gerakan partikel melalui bahan berpori seperti jaringan biologis, polimer, mineral yang berbeda, dan spons. Sebuah studi baru kini telah menawarkan teknik baru yang menghadirkan peluang menarik dalam pengaturan yang beragam.
Para ilmuwan di University of Bristol telah menemukan formula matematika baru yang menunjukkan bahwa gerakan difusi melalui bahan permeabel dapat dimodelkan secara tepat untuk pertama kalinya. Persamaan ini muncul satu abad setelah persamaan difusi pertama, yang diturunkan oleh dua fisikawan top dunia, Albert Einstein dan Marian von Smoluchowski. Ini merupakan kemajuan signifikan dalam mewakili gerakan untuk berbagai entitas, termasuk partikel mikroskopis, organisme hidup, dan perangkat buatan manusia.
Penulis utama Toby Kay, menyelesaikan gelar Ph.D. dalam Matematika Teknik, mengatakan: “Ini menandai langkah maju yang mendasar sejak studi Einstein dan Smoluchowski tentang difusi dan merevolusi pemodelan entitas yang menyebar melalui media kompleks dari semua skala, dari komponen seluler dan senyawa geologi hingga habitat lingkungan.
“Sebelumnya, upaya matematis untuk mewakili gerakan melalui lingkungan yang tersebar dengan objek yang menghalangi gerakan, yang dikenal sebagai penghalang permeabel, telah dibatasi. Dengan memecahkan masalah ini, kami membuka jalan bagi kemajuan menarik di berbagai sektor karena hambatan permeabel secara rutin dihadapi oleh hewan, organisme seluler, dan manusia.”
Untuk menemukan persamaan baru, para ilmuwan harus merepresentasikan gerakan acak secara mikroskopis. Mereka kemudian memperkecil untuk menggambarkan proses secara makroskopis.
Menurut para ilmuwan, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menerapkan alat matematika ini ke aplikasi eksperimental.
Mereka mencatat, “Misalnya, mampu memodelkan difusi molekul air secara akurat melalui jaringan biologis akan memajukan interpretasi pembobotan difusi MRI (Magnetic Resonance Imaging) pembacaan. Itu juga bisa menawarkan representasi penyebaran udara yang lebih akurat kemasan makanan bahan, membantu menentukan umur simpan dan risiko kontaminasi. Selain itu, mengukur perilaku hewan mencari makan yang berinteraksi dengan penghalang makroskopik, seperti pagar dan jalan, dapat memberikan prediksi yang lebih baik tentang konsekuensi perubahan iklim untuk tujuan konservasi.”
Penulis senior Dr. Luca Giuggioli, Associate Professor dalam Ilmu Kompleksitas di University of Bristol, tersebut: “Persamaan fundamental baru ini adalah contoh lain dari pentingnya membangun alat dan teknik untuk mewakili difusi ketika ruang bersifat heterogen, yaitu ketika lingkungan yang mendasarinya berubah dari satu lokasi ke lokasi lain.”
“Penemuan terbaru ini merupakan langkah signifikan lebih lanjut dalam meningkatkan pemahaman kita tentang gerak dalam segala bentuk dan bentuknya – secara kolektif disebut matematika gerakan – yang memiliki banyak aplikasi potensial yang menarik.”
Referensi Jurnal:
- Toby Kay dan Luca Giuggioli. Difusi melalui antarmuka permeabel: Persamaan dasar dan penerapannya pada statistik lintasan pertama dan waktu setempat. Penelitian Tinjauan Fisik.
