O echipă de la Universitatea din Warwick a pus la punct o metodă nouă care permite estimarea modului în care nanoparticulele cu forme neregulate se deplasează prin aer. Este vorba despre o categorie importantă de poluanți atmosferici, dificil de descris până acum prin modele matematice precise. Noul cadru este primul care reușește să fie, în același timp, simplu și predictiv, fără să se bazeze pe presupuneri complicate, scrie Science Daily.
În fiecare zi, inhalăm milioane de particule microscopice, funingine, praf, polen, microplastice, virusuri sau nanoparticule create artificial. Unele sunt atât de mici încât pătrund adânc în plămâni și pot ajunge chiar în sânge. Expunerea la astfel de particule a fost asociată cu boli cardiovasculare, accidente vasculare cerebrale și diferite forme de cancer.
Problema este că majoritatea particulelor din aer nu sunt netede sau perfect simetrice. Cu toate acestea, modelele clasice le tratează ca pe niște sfere ideale, deoarece aceste forme simplifică mult calculele. Această aproximare reduce însă acuratețea predicțiilor, mai ales în cazul particulelor cu forme neregulate, care pot avea un impact mai mare asupra sănătății.
O formulă veche, reinterpretată
Profesorul Duncan Lockerby, de la Facultatea de Inginerie a Universității din Warwick, a revizuit o ecuație veche de peste 100 de ani și a adaptat-o la cerințele științei moderne. Studiul a fost publicat în Journal of Fluid Mechanics Rapids și vine să acopere un gol important în domeniul aerosolilor.
Punctul de plecare a fost factorul de corecție Cunningham, introdus în 1910 pentru a explica diferențele dintre comportamentul particulelor foarte mici și legile clasice ale fluidelor. În anii 1920, laureatul Nobel Robert Millikan a modificat formula, dar în acel proces o variantă mai generală a fost trecută cu vederea. Drept urmare, ecuațiile folosite ulterior au rămas limitate la particule perfect sferice.
Cercetarea actuală reia ideea inițială și o extinde. Lockerby propune un „tensor de corecție”, un instrument matematic care descrie forțele de rezistență ce acționează asupra particulelor, indiferent de formă, fie că sunt sfere, discuri subțiri sau structuri neregulate. Metoda nu se bazează pe ajustări empirice și nici pe simulări extrem de complexe.
„Dacă putem anticipa cu exactitate cum se mișcă particulele de orice formă, putem îmbunătăți considerabil modelele privind poluarea aerului, transmiterea bolilor sau chimia atmosferei”, a explicat profesorul Lockerby. Potrivit acestuia, noul cadru oferă pentru prima dată o soluție riguroasă pentru particulele care nu sunt sferice, strâns legate de riscurile pentru sănătate.
Impact pentru mediu și sănătate
Modelul deschide noi perspective în mai multe domenii: monitorizarea calității aerului, studiile climatice, nanotehnologie și medicină. Ar putea ajuta la estimarea mai exactă a modului în care poluarea se răspândește în orașe, cum circulă fumul de la incendii sau cenușa vulcanică și cum se comportă nanoparticulele utilizate în industrie sau tratamente medicale.
Pentru a testa și rafina metoda, Facultatea de Inginerie din Warwick a investit într-un sistem modern de generare a aerosolilor. Noua instalație va permite producerea și analizarea, în condiții controlate, a unei game variate de particule cu forme neregulate.
Profesorul Julian Gardner, care colaborează la proiect, a subliniat că această infrastructură va facilita transformarea descoperirii teoretice într-un instrument practic pentru cercetarea mediului.