Микроб с жгутиками гребёт в воде, как человек руками. Но если человек поплывёт брассом, он поплывёт вперёд, а микроб — по спирали. Всё дело в том, что у микроба нет единого направления: каждый участок поверхности толкает воду в свою сторону, и тело закручивается, как штопор.
Авторы работы взяли пловца любой формы, похожего на шарик, и разложили его скольжение по поверхности на простые составляющие — как музыку на ноты. Оказалось, что если мелодия не меняется, то пловец всегда описывает в пространстве винтовую линию. Для вытянутого пловца, похожего на рисовое зёрнышко, вывели точные формулы, связывающие форму и манеру гребли со скоростью движения и вращения.
Затем задались вопросом: как грести, чтобы тратить меньше всего энергии? Сначала зафиксировали направление движения и нашли самый экономный стиль. Потом разрешили пловцу самому выбирать, куда плыть. Оказалось, что выбор между «плыть прямо» и «вращаться на месте» зависит от симметрии тела. Симметричные формы любят прямые, а чуть перекошенные — кружение.
Такой подход помогает понять, как устроены природные микропловцы и как сконструировать искусственных, которые будут двигаться без лишних затрат.
Бактерия кишечная палочка за одну секунду проплывает расстояние, в 25 раз превышающее её собственную длину. Для человека такого роста это было бы как 45 метров в секунду.
В рассказе Станислава Лема «Непобедимый» крошечные механические «мухи» собираются в облака и движутся как единый организм — похоже на коллективное поведение микропловцов.