Les cristaux liquides "vivants" combinent les propriétés des cristaux liquides fabriqués par l'homme avec les caractéristiques des bactéries nageuses. Les scientifiques ont construit un modèle précis de la façon dont les cristaux contrôlent le mouvement, transport et position des bactéries nageuses. Le modèle peut également simuler le comportement d'autres particules dans le cristal vivant. Maintenant, les scientifiques peuvent combiner le modèle avec la synthèse à la demande et la capacité de guider les défauts qui dirigent les bactéries ou les particules. Le résultat? Ce travail pourrait conduire à des matériaux d'auto-guérison et de changement de forme. Les matériaux pourraient gérer des processus complexes, comme la production d'électricité.

Cette découverte pourrait conduire à la conception et à la synthèse de nouveaux matériaux auto-cicatrisants en contrôlant les défauts des cristaux vivants. Aussi, ce travail étend les outils nécessaires pour, un jour, créer des « machines » autorégulatrices. Ces machines peuvent adapter les composants existants à différentes fins selon les besoins ou répondre aux contraintes sans s'arrêter. Finalement, ce travail complète les connaissances des scientifiques sur les systèmes hors équilibre, qui sont impliqués dans tout, de la production d'énergie au nettoyage des sites de déchets.

Vols d'oiseaux, Les bancs de poissons et les mélanges de fluides automoteurs qui s'organisent et se déplacent en coopération en réponse à des signaux internes ou externes sont tous considérés comme des matières actives. Une nouvelle classe de matière active, dits cristaux liquides "vivants", combler les propriétés des matériaux inanimés et vivants en combinant des bactéries nageuses et des cristaux liquides non toxiques. Les défauts topologiques dans ces cristaux jouent un rôle critique. Les défauts orientent la façon dont les cristaux sont assemblés et la façon dont les bactéries sont transportées. La gestion de l'apparence et du placement de ces défauts constitue un levier utile pour manipuler les composants et les propriétés.

Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne ont découvert un nouveau concept pour transporter et piéger des bactéries microscopiques ou des nageurs artificiels dans un cristal liquide. Ils ont développé un modèle informatique qui reproduit avec précision les observations expérimentales de la dynamique des défauts topologiques dans le cristal liquide. Le modèle prédit également l'accumulation ou l'expulsion de nageurs des noyaux de différents défauts topologiques. Des bactéries fluorescentes ont été mises en suspension dans un cristal liquide à base d'eau. Semblable à la circulation automobile sur les autoroutes, les bactéries nageaient le long de certaines directions parallèles à l'orientation des molécules de cristaux liquides. Des défauts topologiques dans les cristaux liquides ont effectivement servi de carrefours routiers le long de ces autoroutes guidant et concentrant ou repoussant les nageurs. Directement lié à la topologie au cœur du défaut, les bactéries se sont accumulées près des défauts en forme de T où convergent les lignes de courant orientées vers les cristaux liquides (ou "autoroutes") et les trajectoires des nageurs. Pour les défauts en Y, les lignes de courant sont organisées de sorte que les nageurs s'éloignent seuls du noyau ou soient complètement déviés du noyau. L'accumulation et l'épuisement des nageurs dans les carottes modifient considérablement la dynamique des défauts. Surtout, le modèle corrèle avec précision la reconfiguration des lignes de courant des cristaux liquides et les orientations topologiques des défauts ainsi que les changements dans la population de défauts liés à la concentration de nageurs.