L’efficacité de la théorie de la force résistive dans la locomotion granulaire

La théorie de la force résistive (RFT) est souvent utilisée pour analyser le mouvement d’organismes microscopiques nageant dans des fluides. Dans la RFT, un corps est partitionné en segments infinitésimaux, dont chacun génère une poussée et subit une traînée. La superposition linéaire des forces des éléments sur le corps permet de prédire les vitesses et les efficacités de nage. Nous montrons que la RFT décrit quantitativement le mouvement des animaux et des robots qui se déplacent sur et dans des milieux granulaires secs (GM), des collections de particules qui présentent des caractéristiques solides, fluides et gazeuses. La RFT fonctionne bien lorsque le GM est légèrement polydispersé, et dans le régime de « fluide frictionnel » tel que les forces de friction dominent les forces d’inertie matérielles, et lorsque la locomotion peut être approximativement confinée dans un plan. Dans un plan donné (horizontal ou vertical), les relations qui régissent la force en fonction de l’orientation d’un intrus élémentaire sont fonctionnellement indépendantes du milieu granulaire. Nous utilisons la RFT pour expliquer les caractéristiques de la locomotion sur et dans les milieux granulaires, y compris les schémas cinématiques et d’activation musculaire pendant la nage dans le sable d’un lézard poisson-sable et d’un serpent à nez creux, les schémas de mouvement optimaux d’un robot Purcell à 3 liaisons pour la nage dans le sable révélés par une approche de mécanique géométrique, et la locomotion sur pattes de petits robots sur la surface de GM. Nous terminons en discutant des situations auxquelles la RFT granulaire n’a pas encore été appliquée (comme les surfaces granulaires inclinées), et des avancées dans la physique des milieux granulaires nécessaires pour appliquer la RFT dans de telles situations.