活性物质物理学的跨学科领域研究生物体行为和自组织背后的原理。目标是揭示允许描述和预测生物性能的一般原理，从而支持新技术的发展。最近，来自 MPIDS、拜罗伊特大学和英国拉夫堡大学的 Oliver Bäumchen 和 Marco Mazza 小组发表了他们关于描述微生物导航模型的结果。

“由于微生物经常面临在密闭空间中导航的挑战，我们问自己在特定隔间中的微生物导航背后是否存在模式”，他们解释了这种方法。为了回答这个问题，研究人员跟踪了一个单一的运动微生物，并通过实验确定了其运动的概率通量。也就是说，他们将预定义的隔间细分为扇区，并确定每个扇区移动方向的概率。通过这种方式，创建了一张地图，根据该地图可以预测微生物的导航行为。

曲率决定通量

令人惊讶的是，发现微生物不会在开放空间中随机移动。相反，平均运动模式既高度组织又对称：运动模式图显示了概率通量的定义分布。该研究的主要作者 Jan Cammann 和 Fabian Schwarzendahl 解释说：“特别是，发现通量的强度取决于相邻固体界面的曲率：更高的曲率导致更强的通量。”

出于实际原因，所有测量都是在准二维环境中进行的，这意味着微生物被限制在顶部和底部，以更好地监控其运动并避免散焦。观察其运动模式，Marco Mazza(拉夫堡大学和 MPIDS)小组创建了一个模型来预测沿某个方向流动的概率。然后将该模型应用于具有更复杂界面曲率的隔间，并由 Oliver Bäumchen 实验室(MPIDS 和拜罗伊特大学)进行实验验证。“事实证明，界面的曲率是直接决定自推进微生物通量的主导因素。”，Bäumchen 总结道。

对未来的技术影响

由于这一发现构成了一项基本观察，因此该模型也可以应用于活性物质物理学的其他领域。“通过我们的模型，我们基本上可以从统计上预测感兴趣的物体在下一刻的位置”，Mazza 报告说。“这不仅可以显着提高我们对生命组织的理解，还有助于设计技术设备。”

因此，了解活动物质组织背后的原理可以对我们未来的技术产生直接影响。该模型的潜在应用可能是以这种方式引导光合微生物的运动，以便它们的通量可以推动发电机，这将是将阳光转化为机械能的直接方式。但同样，在制药和医疗保健领域，科学家的发现可能会得到应用：“医疗领域的一个潜在应用是开发微型机器人，以有效的方式将药物运送到特定目的地”，Bäumchen 总结道。