Metachronal patterns in artificial cilia for low Reynolds number fluid propulsion.
Metachronal patterns in artificial cilia for low Reynolds number fluid propulsion.
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DOI：
10.1126/sciadv.abd2508
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发表时间：
2020-12
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Gorissen B
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Milana E;Zhang R;Vetrano MR;Peerlinck S;De Volder M;Onck PR;Reynaerts D;Gorissen B
使用软机器人纤毛阵列和模拟研究了异时模式对纤毛液流动的影响。纤毛是类似毛发的细胞器，以阵列形式存在，共同跳动以产生流动。鉴于它们的尺寸小和随之而来的低雷诺数，非对称运动对于创建净流是必要的。在这里，我们开发了一系列六个软机器人纤毛，它们可以单独寻址，既可以模仿自然界的对称破缺机制，又可以控制不对称性，以研究它们对流体推进的影响。我们的实验测试与流体动力学模拟得到了证实，我们发现两者之间有很好的一致性，并显示了流动的图谱与异时波的相移之间的关系。与同步跳动相比，当纤毛在相移为−π/3的反波中移动时，净流速增加了50%，而辛波则减少。此外，当应用异时性时，我们观察到沿波的方向行进涡流的形成。
The influence of metachronal patterns on ciliary fluid flow has been studied using a soft robotic cilia array and simulations. Cilia are hair-like organelles, present in arrays that collectively beat to generate flow. Given their small size and consequent low Reynolds numbers, asymmetric motions are necessary to create a net flow. Here, we developed an array of six soft robotic cilia, which are individually addressable, to both mimic nature’s symmetry-breaking mechanisms and control asymmetries to study their influence on fluid propulsion. Our experimental tests are corroborated with fluid dynamics simulations, where we find a good agreement between both and show how the kymographs of the flow are related to the phase shift of the metachronal waves. Compared to synchronous beating, we report a 50% increase of net flow speed when cilia move in an antiplectic wave with phase shift of −π/3 and a decrease for symplectic waves. Furthermore, we observe the formation of traveling vortices in the direction of the wave when metachrony is applied.
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影响因子：
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作者：
Khaderi, S. N.;Onck, P. R.
通讯作者：
Onck, P. R.
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