Dans les fluides turbulents, le mélange des composants se produit facilement. Cependant, dans des fluides plus visqueux tels que ceux enfermés dans les compartiments cellulaires, le mélange des particules et des molécules est beaucoup plus difficile. Comme le temps joue également un rôle dans de tels systèmes, le mélange lent par mouvement moléculaire n'est généralement pas suffisant et des stratégies d'agitation efficaces sont ainsi nécessaires pour maintenir la fonctionnalité.
Dans le Département de la physique de la matière vivante de MPI-DS, les scientifiques ont étudié les principes physiques universels sous-jacents à une telle dynamique de mélange. Ils ont identifié des protocoles qui permettent le mélange optimal du système lorsque les coûts énergétiques ou le mouvement des fluides sont des facteurs limitants. Le document est publié dans la revue Lettres d'examen physique.
« Nous avons constaté que les stratégies d'agitation les plus efficaces partagent une structure universelle et sont symétriques dans le temps », explique Luca Cocconi, premier auteur de l'étude. « Ces protocoles optimaux révèlent une limite fondamentale de l'efficacité des informations – par exemple sur l'identité et la position des particules – peuvent être effacées dans de tels systèmes. »
« Nous pourrions dériver des résultats explicites sans recourir à des simulations », explique Andrej Vilfan, dernier auteur de l'étude. « Ceci est remarquable car de tels problèmes d'optimisation ne sont souvent pas résolubles analytiquement. »
Dans l'ensemble, l'étude approfondit la compréhension de la dynamique de mélange dans les systèmes cellulaires et dans les systèmes microfluidiques. Dans le même temps, il fournit un cadre théorique pour concevoir des stratégies de mélange efficaces en ingénierie à l'échelle microscopique.
