Effektiviteten af resistive force theory in granular locomotion

Resistive force theory (RFT) bruges ofte til at analysere bevægelsen af mikroskopiske organismer, der svømmer i væsker. I RFT opdeles et legeme i infinitesimale segmenter, som hver især genererer tryk og oplever modstand. Lineær superposition af kræfter fra elementerne over kroppen gør det muligt at forudsige svømmehastigheder og -effektivitet. Vi viser, at RFT kvantitativt beskriver bevægelsen af dyr og robotter, der bevæger sig på og i tørre granulære medier (GM), samlinger af partikler, der viser faste, flydende og gaslignende træk. RFT fungerer godt, når GM er lidt polydisperse og i “friktionelle væske”-regimet, således at friktionskræfterne dominerer de materielle inertialkræfter, og når bevægelsen kan tilnærmes som begrænset til et plan. Inden for et givet plan (horisontalt eller vertikalt) er de forhold, der styrer kraften i forhold til orienteringen af en elementær indtrænger, funktionelt uafhængige af det granulære medium. Vi bruger RFT til at forklare træk ved lokomotion på og inden for granulære medier, herunder kinematiske og muskelaktiveringsmønstre under sand-svømning af et sandfisk-firben og en skovlnæse-slange, optimale bevægelsesmønstre for en Purcell 3-link sand-svømmende robot afsløret ved en geometrisk mekanisk tilgang, og benet lokomotion af små robotter på GM’s overflade. Vi slutter af med at diskutere situationer, hvor granulær RFT endnu ikke er blevet anvendt (f.eks. skrå granulære overflader), og de fremskridt inden for fysikken af granulære medier, der er nødvendige for at anvende RFT i sådanne situationer.