Cilien sind sensorische Strukturen, die sich von der Oberfläche einiger Zellen erstrecken. Diese haarähnlichen Strukturen tragen zur sensorischen und motorischen Fähigkeiten verschiedener Lebewesen bei, einschließlich des Menschen. Um ihre physiologischen Funktionen zu erfüllen, müssen Cilien synchron schlagen. Obwohl viele vergangene Studien versucht haben, die Ziliensynchronisation zu erforschen, sind die biologischen und mechanischen Grundlagen noch nicht vollständig verstanden. Dies liegt zum Teil daran, dass es schwierig ist, Cilien in lebenden Proben und unter kontrollierten experimentellen Bedingungen zu untersuchen.
Forscher des Instituts für Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben kürzlich eine neue Plattform vorgestellt, die verwendet werden könnte, um die Mechanik von Cilien zu reproduzieren und ihr Verhalten in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen. Ihr vorgeschlagenes System zur Modellierung von Cilien besteht aus Ketten selbstbewegender Roboter namens HEXBUGs. Dieses Projekt entstand, nachdem Yiming Xia und Zixian Hu eine Kette von HEXBUG-Robotern zum Spaß konstruiert hatten, die zunächst zur Untersuchung der kollektiven Bewegung selbstpropulsiver Agenten verwendet wurden. Sie stellten fest, dass zwei HEXBUG-Ketten, die an einer gemeinsamen Basis verankert sind, synchron schlagen können, ähnlich wie biologische Cilien.
Diese Forscher haben ein kontrolliertes System entwickelt, das zur Untersuchung der mechanisch vermittelten Synchronisationsverhalten, das bei Cilien beobachtet wird, verwendet werden kann. Ihr vorgeschlagenes System könnte in Zukunft von anderen Forschern weltweit genutzt werden, um das Verständnis von Cilien und ihrer zugrunde liegenden Physik, die experimentell schwer zu erforschen ist, weiter voranzutreiben. Sie arbeiten derzeit an einem analytischen Modell, um das Verhalten mechanisch verbundener schlagender Cilien besser zu erklären, und untersuchen auch komplexere Szenarien wie die Synchronisation mehrerer Cilien. Durch diese weiteren Untersuchungen hoffen sie, die notwendigen Bedingungen zu ermitteln, unter denen ein System im Gleichgewichtszustand den Zustand mit stärkerer Dissipation bevorzugt.