ایجاد حرکت منسجم دستگاه بر اساس حرکات میکروسکوپی هماهنگ

به لطف پژوهش دانشمندان مرکز RIKEN برای علوم مواد اضطراری، دانشمندان موفق به ساخت دستگاه‌هایی شده‌اند که می‌توانند از حرکات میکروسکوپی به روشی هماهنگ برای ایجاد حرکت منسجم در مقیاس ماکروسکوپی استفاده کنند. این روش حرکت موجودات زنده را به روشی متفاوت از وسایل مکانیکی ساخته دست بشر تکرار می‌کند.

در این پژوهش که در Nature Communications منتشر شد، محققان از نانو ورقه‌های تیتانیوم چیده شده در محلول آبی برای ایجاد موجی استفاده کردند که حتی اگر نانوصفحات به یکدیگر متصل نبودند، در مواد منتشر می‌شدند، آن‌ها همچنین توانستند از حرکت هماهنگ برای انتقال ریزذرات همراه با موج استفاده کنند. به عنوان مثال، حرکت ماهیچه‌های انسان از طریق یک فرآیند پیچیده انجام می‌شود که در آن "موتور‌های مولکولی" منفرد به روشی هماهنگ حرکت می‌کنند. به طور مشابه، حرکت موجی مژک‌ها که حرکت باکتری‌ها را هدایت می‌کند، می‌تواند در یک محیط سیال به شیوه‌ای کاملاً کنترل‌شده منتشر شود. در مقابل، ماشین‌های مصنوعی اطراف ما فقط در نتیجه تعداد کمی از عناصر متحرک حرکت می‌کنند. بنابراین، موجودات زنده می‌توانند حرکات ظریف و پیچیده را در صورت نیاز ایجاد کنند، در حالی که موتورها فقط می توانند حرکات ساده خطی یا دایره‌ای را تکرار کنند.
در این پژوهش، محققان تصمیم گرفتند ماده مصنوعی بسازند که بتواند حرکت سیستم‌های طبیعی را بازسازی کند و طبق گزارش آن‌ها تقریباً ده میلیارد نانوصفحه پراکنده کلوئیدی در محیط‌های آبی می‌توانند برای ایجاد یک موج ماکروسکوپی در حال انتشار در حالت غیرتعادلی، به طور منسجم عمل کنند. نانوصفحات در ابتدا وادار به اتخاذ یک هندسه سطحی با فاصله بزرگ و یکنواخت از صفحه به صفحه تقریباً 420 نانومتر شدند. اساساً، آن‌ها توسط دافعه الکترواستاتیکی رقابتی و جاذبه واندروالسی بین نانوصفحات با بار منفی ثابت شدند. زمانی که محققان نیروی دافعه را با افزودن یون به محلول تضعیف کردند، با ضعیف شدن دافعه، نانوصفحات نزدیک‌تر شدند و با این پدیده، موجی ایجاد شد که از طریق مواد پخش می‌شد. این موج توانایی انتقال ریزذرات با سرعت یکنواخت را نیز داشت.
به گفته کوکی سانو (Koki Sano)، نویسنده اول مقاله: "مشاهده ریزذرات در حال حرکت در مواد، بسیار هیجان‌انگیز بود. ما می‌دانیم که این نوع حرکت در طبیعت بسیار رایج است، بنابراین این موضوع قطعاً یک دستاورد بود که متوجه شدیم می‌توانیم الگوریتم طبیعت را در سازه‌هایمان پیاده سازی کنیم."

یاسوهیرو ایشیدا (Yasuhiro Ishida) از RIKEN CEMS، یکی از رهبران گروه تحقیقاتی، گفت: «محققان قبلاً سعی کرده‌اند با ایجاد حرکت ماکروسکوپی با استفاده از حرکت هماهنگ اجزای کوچک، طبیعت را تکرار کنند، اما دستیابی به آن دشوار به نظر می‌رسید. رویکرد ما از این جهت متفاوت بود که واحدهای منفرد از طریق پیوندها به هم متصل نمی‌شدند، بلکه توسط رقابت بین نیروهای جذاب و دافعه در جای خود قرار می‌گرفتند. ما امیدواریم که این کشف یک اصل کلی برای طراحی ماشین ماکروسکوپی از تعداد زیادی از اجزای کوچک ارائه دهد."

منبع:

phys.org

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

لطفا با اشتراک‌ گذاری نظرات خود، ما را در توسعه این بخش از سایت یاری کنید.