Os cientistas tiveram que confiar em aproximações ou pontos de vista limitados até agora para analisar o movimento das partículas através de materiais porosos como tecidos biológicos, polímeros, diferentes minerais e esponjas. Um novo estudo ofereceu agora uma nova técnica que apresenta oportunidades interessantes em diversos ambientes.
Cientistas do Universidade de Bristol descobriram uma nova fórmula matemática indicando que o movimento difusivo através de material permeável pode ser modelado com precisão pela primeira vez. A equação surge um século depois da primeira equação de difusão, derivada por dois dos maiores físicos do mundo, Albert Einstein e Marian von Smoluchowski. Representa um avanço significativo na representação do movimento de várias entidades, incluindo partículas microscópicas, organismos vivos e dispositivos feitos pelo homem.
Autor principal Toby Kay, concluindo um doutorado. em Engenharia Matemática, disse: “Isso marca um passo fundamental desde os estudos de Einstein e Smoluchowski sobre difusão e revoluciona a modelagem de entidades difusoras através de meios complexos de todas as escalas, desde componentes celulares e compostos geológicos até habitats ambientais.
“Anteriormente, as tentativas matemáticas de representar o movimento através de ambientes repletos de objetos que dificultam o movimento, conhecidos como barreiras permeáveis, eram limitadas. Ao resolver este problema, estamos a abrir caminho para avanços emocionantes em muitos setores diferentes, porque barreiras permeáveis são rotineiramente encontradas por animais, organismos celulares e humanos.”
Para encontrar a nova equação, os cientistas tiveram que representar o movimento aleatório microscopicamente. Posteriormente, eles diminuem o zoom para descrever o processo macroscopicamente.
Segundo os cientistas, são necessárias mais pesquisas para aplicar esta ferramenta matemática em aplicações experimentais.
Eles notaram, “Por exemplo, ser capaz de modelar com precisão a difusão de moléculas de água através do tecido biológico avançará na interpretação da difusão ponderada. MRI (Ressonância Magnética). Também poderia oferecer uma representação mais precisa da propagação do ar através embalagem de alimentos materiais, ajudando a determinar o prazo de validade e o risco de contaminação. Além disso, quantificar o comportamento dos animais forrageadores interagindo com barreiras macroscópicas, como cercas e estradas, poderia fornecer melhores previsões sobre as consequências das alterações climáticas para fins de conservação.”
Autor sênior Dr. Luca Giuggioli, Professor Associado em Ciências da Complexidade na Universidade de Bristol, dito: “Esta nova equação fundamental é outro exemplo da importância da construção de ferramentas e técnicas para representar a difusão quando o espaço é heterogêneo, ou seja, quando o ambiente subjacente muda de um local para outro.”
“Esta última descoberta é mais um passo significativo na melhoria da nossa compreensão do movimento em todas as suas formas e formatos – coletivamente denominados matemática do movimento – que tem muitas aplicações potenciais interessantes.”
Jornal de referência:
- Toby Kay e Luca Giuggioli. Difusão através de interfaces permeáveis: Equações fundamentais e sua aplicação às estatísticas de primeira passagem e de hora local. Pesquisa de revisão física.
