Una nova fórmula matemàtica que preveu grans avenços en la salut, l’energia i la indústria alimentària

Una nova equació, desenvolupada per científics de la Universitat de Bristol, indica per primera vegada que el moviment difusiu en el material permeable es pot modelar de manera exacta. La troballa, que arriba un segle més tard de la primera equació de difusió, marca un progrés important en la representació del moviment d’una àmplia gamma d’entitats, des de partícules microscòpiques i organismes naturals fins a dispositius artificials.

Fins ara, els científics que observaven el moviment de partícules en materials porosos com ara teixits biològics, polímers, diverses roques i esponges, havien hagut de basar-se en aproximacions o perspectives incompletes. Però aquestes troballes, publicades a la revista Physical Review Research, proporcionen una nova tècnica que presenta oportunitats en una àmplia gamma d’àmbits, com ara la salut, l’energia i la indústria alimentària.

L’autor principal de l’estudi, Toby Kay, doctorand en enginyeria matemàtica, ha dit: “Això és un pas endavant fonamental d’ençà dels estudis d’Einstein i Smoluchowski sobre difusió. Revoluciona el modelatge d’entitats difusores en medis complexos de totes les escales: de components cel·lulars i compostos geològics fins a hàbitats ambientals.”

“Fins ara, els intents matemàtics de representar el moviment en entorns escampats amb objectes que dificulten el moviment, coneguts com a barreres permeables, havien estat limitats. Havent resolt aquest problema, obrim el camí per a avenços emocionants en molts sectors diferents perquè els animals, els organismes cel·lulars i els humans es troben habitualment amb barreres permeables.”

La creativitat en matemàtiques pren diferents formes i una d’elles és la connexió entre diferents nivells de descripció d’un fenomen. En aquest cas, representant el moviment aleatori de manera microscòpica i després allunyant-se per descriure el procés macroscòpicament, va ser possible trobar la nova equació.

Caldran més investigacions per a les aplicacions experimentals amb aquesta eina matemàtica, que podrien millorar productes i serveis. Per exemple, modelar amb precisió la difusió de molècules d’aigua en el teixit biològic serà un avenç en la interpretació de les lectures de ressonància magnètica (MRI) ponderades per difusió. També pot oferir una representació més precisa de la propagació de l’aire a través dels materials d’embalatge d’aliments, cosa que ajudaria a determinar-ne la vida útil i el risc de contaminació. Així mateix, la quantificació del comportament dels animals que interactuen amb barreres macroscòpiques, com ara tanques i carreteres, pot proporcionar millors prediccions sobre les conseqüències del canvi climàtic amb finalitats de conservació.