A eficácia da teoria da força resistiva na locomoção granular

Teoria da força resistiva (RFT) é frequentemente utilizada para analisar o movimento de organismos microscópicos que nadam em fluidos. Em RFT, um corpo é dividido em segmentos infinitesimais, cada um dos quais gera empuxo e experimenta arrasto. A sobreposição linear das forças dos elementos sobre o corpo permite prever as velocidades de natação e as eficiências. Mostramos que a RFT descreve quantitativamente o movimento de animais e robôs que se movem sobre e dentro de meios granulares secos (GM), coleções de partículas que exibem características sólidas, fluidas e semelhantes a gases. RFT funciona bem quando o GM é ligeiramente polidisperso, e no regime de “fluido friccional” de tal forma que as forças friccionais dominam as forças de inércia do material, e quando a locomoção pode ser aproximada como confinada a um plano. Dentro de um determinado plano (horizontal ou vertical) as relações que governam a força versus a orientação de um intruso elementar são funcionalmente independentes do meio granular. Nós usamos a RFT para explicar as características de locomoção no e dentro do meio granular, incluindo padrões de ativação cinemática e muscular durante a nadada de areia por um lagarto de peixe-aranha e uma serpente de nariz de pá, padrões ideais de movimento de um robô nadador de areia Purcell 3-link revelados por uma abordagem de mecânica geométrica, e locomoção com pernas de pequenos robôs na superfície do GM. Encerramos discutindo situações às quais a RFT granular ainda não foi aplicada (tais como superfícies granulares inclinadas), e os avanços na física dos meios granulares necessários para aplicar a RFT em tais situações.