Efektywność teorii sił oporowych w lokomocji granularnej

Teoria sił oporowych (RFT) jest często wykorzystywana do analizy ruchu mikroskopijnych organizmów pływających w cieczach. W RFT ciało jest podzielone na nieskończenie małe segmenty, z których każdy generuje siłę ciągu i doświadcza oporu. Liniowa superpozycja sił z elementów na ciele pozwala na przewidywanie prędkości i efektywności pływania. Pokazujemy, że RFT ilościowo opisuje ruch zwierząt i robotów, które poruszają się na i wewnątrz suchych mediów ziarnistych (GM), zbiorów cząstek, które wykazują cechy stałe, płynne i gazowe. RFT działa dobrze, gdy GM jest lekko polidyspersyjne i w reżimie „płynu tarciowego”, w którym siły tarcia dominują nad siłami bezwładności materiału, oraz gdy lokomocja może być przybliżona jako ograniczona do płaszczyzny. W obrębie danej płaszczyzny (poziomej lub pionowej) relacje, które rządzą siłą w stosunku do orientacji elementarnego intruza są funkcjonalnie niezależne od ośrodka ziarnistego. Wykorzystujemy RFT do wyjaśnienia cech lokomocji na i wewnątrz ośrodka ziarnistego, włączając w to wzorce kinematyczne i aktywacji mięśni podczas pływania po piasku przez jaszczurkę zwinkę i węża łopatkowatego, optymalne wzorce ruchu 3-linkowego robota Purcella do pływania po piasku ujawnione przez podejście mechaniki geometrycznej, oraz lokomocję nóg małych robotów na powierzchni GM. Na zakończenie omawiamy sytuacje, do których granularne RFT nie zostało jeszcze zastosowane (takie jak nachylone powierzchnie granulowane), oraz postępy w fizyce mediów granulowanych potrzebne do zastosowania RFT w takich sytuacjach.