Cercetătorii de la Universitatea din Warwick au dezvoltat o nouă metodă care permite predicţia modului în care nanoparticulele de formă neregulată se deplasează în aer. 

Aceste particule reprezintă o categorie importantă de poluare a aerului şi au fost mult timp dificil de modelat cu precizie, potrivit ScienceDaily.

Noua abordare este prima care este atât simplă, cât şi predictivă, permiţând oamenilor de ştiinţă să calculeze mişcarea particulelor fără a se baza pe ipoteze excesiv de complexe.

În fiecare zi, oamenii inhalează milioane de particule microscopice, inclusiv funingine, praf, polen, microplastice, viruşi şi nanoparticule artificiale. Unele dintre aceste particule sunt atât de mici încât pot pătrunde adânc în plămâni şi chiar pot intra în fluxul sanguin. Expunerea la acestea a fost asociată cu probleme grave de sănătate, inclusiv boli de inimă, accident vascular cerebral şi cancer.

Majoritatea particulelor din aer nu au forme netede sau simetrice. Cu toate acestea, modelele matematice tradiţionale presupun de obicei că aceste particule sunt sfere perfecte, deoarece formele sferice fac ecuaţiile mai uşor de rezolvat. Această simplificare limitează capacitatea oamenilor de ştiinţă de a urmări cu precizie comportamentul particulelor din lumea reală, în special al celor cu forme neregulate, care pot prezenta riscuri mai mari pentru sănătate.

Un cercetător de la Universitatea din Warwick a introdus acum prima metodă simplă care poate prezice modul în care particulele de aproape orice formă se mişcă prin aer. Studiul, publicat în Journal of Fluid Mechanics Rapids, actualizează o formulă veche de peste 100 de ani şi abordează o lacună majoră în ştiinţa aerosolilor.

Autorul articolului, profesorul Duncan Lockerby, de la Facultatea de Inginerie a Universităţii din Warwick, a declarat: „Motivaţia a fost simplă: dacă putem prezice cu precizie modul în care se mişcă particulele de orice formă, putem îmbunătăţi semnificativ modelele pentru poluarea aerului, transmiterea bolilor şi chiar chimia atmosferică. Această nouă abordare se bazează pe un model foarte vechi – unul simplu, dar puternic – făcându-l aplicabil particulelor complexe şi cu forme neregulate”.

Descoperirea a venit din reevaluarea unuia dintre instrumentele fundamentale din ştiinţa aerosolilor, cunoscut sub numele de factorul de corecţie Cunningham. Introdus pentru prima dată în 1910, factorul de corecţie a fost conceput pentru a explica modul în care forţele de rezistenţă asupra particulelor minuscule diferă de comportamentul clasic al fluidelor.

În anii 1920, laureatul Premiului Nobel Robert Millikan a perfecţionat formula. În timpul acestui proces, o corecţie mai simplă şi mai generală a fost trecută cu vederea. Din această cauză, versiunile ulterioare ale ecuaţiei au rămas limitate la particule perfect sferice, limitând utilitatea lor în condiţii reale.

Lucrarea profesorului Lockerby restructurează ideea originală a lui Cunningham într-o formă mai largă şi mai flexibilă. Din acest cadru revizuit, el introduce un „tensor de corecţie” - un instrument matematic care ţine cont de forţa de rezistenţă şi rezistenţa care acţionează asupra particulelor de orice formă, inclusiv sfere şi discuri subţiri. Este important de menţionat că metoda nu se bazează pe parametri empirici de ajustare.

Profesorul Duncan Lockerby a adăugat: „Această lucrare vizează recuperarea spiritului original al lucrării lui Cunningham din 1910. Prin generalizarea factorului său de corecţie, putem acum face predicţii precise pentru particule de aproape orice formă, fără a fi nevoie de simulări intensive sau ajustări empirice. Acesta oferă primul cadru pentru a prezice cu precizie modul în care particulele nesferice se deplasează prin aer şi, întrucât aceste nanoparticule sunt strâns legate de poluarea aerului şi riscul de cancer, acesta este un pas important înainte atât pentru sănătatea mediului, cât şi pentru ştiinţa aerosolilor”.

Noul model oferă o bază mai solidă pentru înţelegerea modului în care particulele din aer se deplasează într-o gamă largă de domenii ştiinţifice. Acestea includ monitorizarea calităţii aerului, modelarea climei, nanotehnologia şi medicina. Abordarea ar putea îmbunătăţi previziunile privind modul în care poluarea se răspândeşte în oraşe, modul în care fumul de la incendii forestiere sau cenuşa vulcanică se deplasează prin atmosferă şi modul în care nanoparticulele artificiale se comportă în aplicaţii industriale şi medicale.

Pentru a extinde această activitate, Şcoala de Inginerie din Warwick a investit într-un nou sistem de ultimă generaţie pentru generarea de aerosoli. Facilitatea va permite cercetătorilor să creeze şi să studieze îndeaproape o gamă largă de particule nesferice în condiţii controlate, contribuind la validarea şi perfecţionarea noii metode de predicţie.

Profesorul Julian Gardner, de la Facultatea de Inginerie a Universităţii Warwick, care colaborează cu profesorul Lockerby, a declarat: „Această nouă facilitate ne va permite să explorăm modul în care se comportă particulele din aer din lumea reală în condiţii controlate, contribuind la transformarea acestei descoperiri teoretice în instrumente practice de mediu”.