变形虫是一种不寻常的生物，当分散的细胞群自发地聚集在一起并重新组织成多细胞的宏观生物体时形成。为此，少数前导细胞发射化学脉冲，导致其他单个细胞沿与行进脉冲相反的方向移动，导致形成致密簇。
观察到变形虫细胞与行波相反，这被称为“漫射波悖论”，这使得研究人员长期困惑不已。这是因为这种运动不同于阿米巴在类似迷宫的环境中寻找食物时的惯常行为。在这些情况下，化学信号是静态的而不是脉冲的，变形虫细胞向更高的化学浓度移动。
阿米巴细胞有时与移动的化学波相反的能力表明细胞具有某种记忆。然而，在一项新的研究中，德国康斯坦茨大学的Celia Lozano和Clemens Bechinger在不同速度的光脉冲照射下，在微粒中表现出相同的行为。由于微粒是无记忆的，因此必须通过不依赖于记忆的机制来解释这种情况下的行为。
“尽管没有脑，合成微型模拟器能够模仿生物体的一些复杂行为 - 特别是，它们对运行脉冲的反应是相似的(尽管起源非常不同)，”Bechinger告诉Phys.org。“鉴于微型闪光器作为自主微型机器人的未来应用，协调和同步它们的行为将非常重要。漫射波悖论在这种情况下可以发挥重要作用。”
尽管数值模拟已经预测称为活动颗粒的自推进微粒能够沿着行进脉冲移动并且能够沿行进脉冲移动，但新研究标志着这种行为首次通过实验证明。
在实验中，研究人员使用了球形颗粒，这些颗粒被碳帽半涂层并置于粘性液体中。当被光照射时，颗粒向前推进，帽子在前面。研究人员证明了活性粒子相对于脉冲的运动取决于脉冲的速度。在低脉冲速度下，如果需要，颗粒有足够的时间重新定向，使得它们的盖子面向与行进脉冲相同的方向。该取向确保粒子沿与脉冲相同的方向行进。
另一方面，在高脉冲速度下，脉冲过快以至于粒子在下一个脉冲到来之前重新定向。这是因为颗粒旋转的速度受到粘性液体摩擦的限制。因此，如果粒子的帽子最初面向迎面而来的脉冲，则粒子将与行进脉冲的方向相反地移动，类似于漫射波悖论中变形虫的行为。
这种方法打开了一种新的转向策略的大门，以在两个可能的方向上引导活性粒子。目前，大多数转向策略依赖于地形或静态光学结构，其仅允许控制单个方向上的粒子运动。
除转向外，研究人员还证明了这种新方法可用于分选活性颗粒。作为一个例子，他们证明，由于大颗粒可以比较小颗粒更快地定向，因此使用中间脉冲速度可以使波浪方向上的大颗粒和相反方向上的较小颗粒平均转向。
尽管活性颗粒和变形虫的机制不同，但两种系统都表现出扩散波悖论行为。在合成颗粒的情况下，行为可能有一天导致微机器人系统的设计，其可以实现复杂的受控运动，尽管具有有限的信号处理能力。
“微型模拟器的可能应用是用药物装载它们，然后将药物输送到特定的地方，”Bechinger说。“由于它们的定向主动运动，与纯粹的扩散运动相比，这种有针对性的药物输送可以更有效地完成。以类似的方式，合成游泳运动员也可以配备传感机制，以探索液体环境。最后，正在进行的工作组装微型旋转器，如齿轮或小型电动机，可以在小长度范围内进行机械加工。“