La eficacia de la teoría de la fuerza resistiva en la locomoción granular

La teoría de la fuerza resistiva (RFT) se utiliza a menudo para analizar el movimiento de organismos microscópicos que nadan en fluidos. En la RFT, un cuerpo se divide en segmentos infinitesimales, cada uno de los cuales genera empuje y experimenta arrastre. La superposición lineal de las fuerzas de los elementos sobre el cuerpo permite predecir las velocidades y eficiencias de natación. Demostramos que la RFT describe cuantitativamente el movimiento de animales y robots que se mueven sobre y dentro de medios granulares (MG) secos, conjuntos de partículas que presentan características sólidas, fluidas y gaseosas. La RFT funciona bien cuando el MG es ligeramente polidisperso, y en el régimen de «fluido friccional», de manera que las fuerzas de fricción dominan las fuerzas de inercia del material, y cuando la locomoción puede aproximarse como confinada a un plano. Dentro de un plano determinado (horizontal o vertical) las relaciones que rigen la fuerza frente a la orientación de un intruso elemental son funcionalmente independientes del medio granular. Utilizamos la RFT para explicar las características de la locomoción sobre y dentro de los medios granulares, incluyendo los patrones cinemáticos y de activación muscular durante la natación en arena de un lagarto de arena y una serpiente de nariz de pala, los patrones de movimiento óptimos de un robot de natación en arena de 3 eslabones de Purcell revelados por un enfoque de mecánica geométrica, y la locomoción con patas de pequeños robots en la superficie de GM. Concluimos discutiendo situaciones a las que todavía no se ha aplicado la RFT granular (como las superficies granulares inclinadas), y los avances en la física de los medios granulares necesarios para aplicar la RFT en tales situaciones.