Marvel comics superhjältar Ant-Man and the Wasp-nom de guerre stars of the eponymous 2018 film-besitter förmågan att tillfälligt krympa till storleken på insekter, samtidigt som de behåller massan och styrkan i deras normala människokroppar. Men en ny studie tyder på att när buggstorlek, Ant-Man and the Wasp skulle möta allvarliga utmaningar, inklusive syrebrist.

Dessa utmaningar, tillsammans med deras lösningsmikrofluidiska teknologier, kommer att beskrivas av ingenjörsmekanikstudenten Max Mikel-Stites från Virginia Tech vid American Physical Society's Division of Fluid Dynamics 71st Annual Meeting, som kommer att äga rum 18-20 november på Georgia World Congress Center i Atlanta, Georgien.

Mikel-Stites och hans rådgivare, Anne Staples, docent vid avdelningen för biomedicinsk teknik och mekanik vid Virginia Tech, normalt studera biologisk vätskedynamik, med särskilt fokus på insektsandning och vätskeflöden av insektsskal. Staples lab har utvecklat mikrofluidiska enheter inspirerade av insektsandningssystem där flödeshastigheten och flödesriktningen genom enskilda kanaler i enheten kan kontrolleras utan användning av ventiler.

Arbetet, som kommer att diskuteras i en separat presentation vid DFD -mötet, skulle kunna minska den aktiveringsmaskin som behövs för mikrofluidiska enheter som används inom många olika vetenskapliga områden, och göra dem mer bärbara och kostnadseffektiva. "Att tillämpa detta perspektiv på Ant-Man and the Wasp verkade som en enkel sak att göra, sa Mikel-Stites.

I deras analys, forskarna fastställde att den atmosfäriska densiteten - i princip, antalet molekyler (säg, syre) i en given luftvolym – som upplevs av hjältarna i buggstorlek reduceras till en nivå som är nästan identisk med den i Mount Everests så kallade "dödszon", "där det inte finns tillräckligt med syre för en människa att andas." Även om den faktiska atmosfärstätheten är densamma för en insekt och en människa, den subjektiva atmosfärstäthet som upplevs av en människa som krymper till insektsstorlek ändras, "Mikel-Stites förklarade." Till exempel, en normalstor person som tar ett djupt andetag kan förvänta sig att andas in ett antal syremolekyler. Dock, när den personen krymper ner till storleken på en myra, trots att de fortfarande behöver samma antal syremolekyler, mycket färre finns tillgängliga i ett enda andetag.

"Dödzonen" börjar för en normalstor människa cirka 8, 000 meter över havet. De krympta superhjältarna, forskarna beräknade, skulle känna att de befann sig på 7 höjd, 998 meter, och det skulle leda till ett allvarligt - om inte dödligt - fall av höjdsjukdom.

"För någon som inte är van, Symtom på höjdsjuka sträcker sig från huvudvärk och yrsel till ansamling av vätska i lungorna och hjärnan, och möjligen döden. Detta sker delvis eftersom människor kan svara genom att försöka andas snabbare, för att öka deras syreintag, och eftersom kroppen försöker fungera med mindre syre än den normalt gör, " han sa.

Och det är inte omfattningen av Ant-Man och getingens problem, laget hittade. Baserat på ett förhållande som kallas Kleibers lag, som korrelerar ett djurs ämnesomsättning till dess storlek, forskarna fann att ämnesomsättningen per superenhet för superhjältarna vid bugstorlek skulle öka med ungefär två storleksordningar - liksom deras syrebehov.

Men allt är inte förlorat - tack vare vetenskapen. Enligt Mikel-Stites, användningen av mikrofluidkomponenter som Knudsen -pumpar (som drivs av temperaturgradienter) och mikroskala gaskompressorer, kunde bäddas in i Ant-Man och Wasp hjälmar för att hjälpa dem att andas i mikroskala.