İnsanlar için genellikle açık bir alanda koşmak, yeraltı tünelinden emeklemekten daha hızlıdır. Ancak durum, çok küçük solucanlar için farklıdır. Bu canlılar, sınırlı bir alana sıkıştıklarında, geniş ve açık bir alanda kıvrılarak hareket etmelerine göre çok daha hızlı ilerlerler. Bu bulgu, yapı mühendislerinin, enkaz altında arama kurtarma çalışmalarına yardımcı olacak veya vücudumuzdaki tüplerde hareket edebilecek solucan benzeri robotlar tasarlamalarına yardımcı olabilir.
Araştırmacılar, deneylerinde California kara solucanlarını (Lumbriculus variegatus) kullandılar. Bu solucanlar, yaklaşık 0,05 santimetre genişliğinde ve 2,5 ila 5 santimetre uzunluğunda olan, ince ve esnek sucul canlılardır. Ekip, her iki uçtan açık olan cam kanallarda hareket etmelerini sağladı. Kanalların genişliği solucanın genişliğinin yaklaşık iki katı olduğunda, bu canlılar hızla kendilerini ileriye doğru atarak diğer uca yaklaşık bir dakikada ulaşabiliyorlardı. Ancak solucanlar, daha geniş kanallar boyunca ilerlemeleri gerektiğinde beş kata kadar daha uzun süre harcıyordu.
Araştırmacılar ayrıca, solucanları “aktif boncuk-iplik” modeliyle simüle ederek, farklı genişliklerdeki sanal kanallardan geçirmelerini sağladılar. Model solucanlar, gerçek solucanlara benzer şekilde davrandı. Colorado Üniversitesi Boulder kampüsündeki fizikçi K.R. Prathyusha, “En küçük alanda hareket etmek çok daha hızlıydı” dedi.
Ekibin matematiksel modeli, hızın solucanın ne kadar esnek olduğu ve sahip olduğu boş alan miktarı ile ilgili olduğunu ortaya koydu. Daha geniş bir kanalda, solucanlar kendilerini çevrelerine göre yönlendirmeye çalıştıklarında etrafta savrulurlar. Ancak sınırlı bir alan, solucanların yönlerini değiştirmelerini doğal olarak kısıtlar. Başka seçeneği olmadığında, destek için duvarları kullanır ve dikkat dağıtıcı unsurları olmadan ileri doğru sıkışırlar.
Aynı kurumdaki biyomoleküler mühendisi Saad Bhamla, bu solucanların dar bir alandan nasıl geçebildiğinin, boruları inceleyen otonom, yumuşak robotlara veya vücudumuzun içindeki ilaçları taşıyan sistemlere uygulanabileceğini düşünüyordu. “Bu, mühendislerin bazı şeyleri tasarlamalarına yardımcı olacak temel bir fizik prensibinin önemli bir örneği gibi görünüyordu” dedi.
Fizikçiler genellikle bir olgunun arkasındaki temel fiziği açıklayabilecek tek bir parametre ararlar. Bu durumda ekip, kanalın genişliğinin karesini solucanın sertliği ile bölen oranı inceledi. Bu oran küçük olduğunda, solucan daha az esnektir ve bu da neredeyse bir merminin hızıyla ilerlemesine yardımcı olur. Ancak bu oran büyükse, sürekli kıvrılan solucanın kanalı geçmesi çok daha uzun sürer.
Atlanta’daki Georgia Teknoloji Enstitüsü’nde biyomühendisi ve robotik uzmanı David Hu, “Doğada nadiren görülen bir durumdur; boş alan azaldıkça, şeyler hızlanır” dedi. Bu çalışma, kendi 2012 tarihli makalesinde, yılanların dar kanallarda daha yavaş hareket ettiğini göstermişti. Mumbai’deki Hindistan Teknoloji Enstitüsü’nde fizikçi Raghunath Chelakkot de bu çalışmaya dahil değildi ve “Biyolojik sistemler karmaşık ve düzensizdir” dedi. “İlginç olan, bu kadar basit bir modelle bile, bu [solucan] taşınmasının bazı temel özelliklerini yakalayabilmeleri.”
