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Aprovechamiento del movimiento browniano
Las pequeñas partículas suspendidas en un líquido son golpeadas constantemente por las colisiones con otras moléculas, lo que hace que se muevan erráticamente de una manera conocida como movimiento browniano. El fenómeno, observado por primera vez por el botánico Robert Brown en 1824 y luego descrito teóricamente por Albert Einstein, es de naturaleza ubicua, una consecuencia inevitable de la energía térmica en el medio ambiente. Ahora, el bioquímico R. Dean Astumian de la Universidad de Chicago afirma que aplicando fuerzas externas y empleando varios trucos, podemos sesgar estos meandros que de otra manera serían aleatorios y hacer que las cosas se muevan más en una dirección que en otra, sentando así las bases para dispositivos potencialmente útiles.
Una disposición consistiría en una tubería inclinada que presenta una serie de electrodos positivos y negativos unidos a lo largo de un lado y que también contiene un fluido lleno de partículas cargadas negativamente. Cuando se enciende la electricidad, la atracción eléctrica inducirá a que todas las partículas se acumulen en los electrodos positivos. Cuando se apaga la electricidad, la gravedad hará que la mayoría de las partículas se desplacen cuesta abajo. Pero debido al movimiento browniano, algunos ocasionalmente irán cuesta arriba. Si estas partículas que viajan hacia arriba pasan el electrodo negativo, que se encuentra apenas por encima del positivo, se verán forzadas cuesta arriba hasta el siguiente electrodo positivo cuando se vuelva a encender la electricidad. El resto de las partículas que se desplazaron cuesta abajo volverán al electrodo positivo donde se congregaron originalmente. Al repetir este proceso, encendiendo y apagando la electricidad en los momentos precisos, podemos generar un movimiento ascendente neto, explica Astumian.
Esta historia fue parte de nuestro número de octubre de 1997
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Si se agregan partículas más grandes, compuestas del mismo material y con la misma carga negativa, a la tubería, tenderán a moverse cuesta abajo más que las partículas más pequeñas, porque experimentan un tirón más fuerte de la gravedad con un arrastre de fricción comparativamente menor. Si hace esto bien, puede terminar con una situación en la que las partículas grandes se mueven cuesta abajo mientras que las partículas pequeñas se mueven cuesta arriba, dice Astumian. Eso podría ser extremadamente útil, agrega, porque en la actualidad, no hay formas realmente buenas de separar partículas por tamaño. El enfoque de movimiento browniano sesgado, dice, podría proporcionar la base para dispositivos prácticos que podrían separar continuamente proteínas u otras moléculas en el procesamiento biológico o químico.
Pero incluso si tales aplicaciones no dan resultado, la investigación debería, como mínimo, contribuir a una nueva apreciación del movimiento aleatorio impulsado por la temperatura, también conocido como ruido térmico. Siempre hemos considerado el ruido térmico como algo de lo que debemos deshacernos, dice Astumian. Pero ahora estamos adoptando el enfoque opuesto y estamos tratando de usarlo de manera constructiva.