In una scoperta rivoluzionaria, I ricercatori dell'Università di Wollongong (UOW) hanno creato un effetto "battito cardiaco" nel metallo liquido, facendo pulsare ritmicamente il metallo in modo simile a un cuore che batte.

I loro risultati sono pubblicati nel numero dell'11 luglio di Lettere di revisione fisica , la rivista più importante al mondo per la ricerca in fisica fondamentale.

I ricercatori hanno prodotto il battito cardiaco stimolando elettrochimicamente una goccia di gallio liquido, facendolo oscillare in modo regolare e prevedibile. Il gallio (Ga) è un metallo argenteo tenero con un basso punto di fusione, diventando liquido a temperature superiori a 29,7C.

La scoperta ha potenziali applicazioni per timer e attuatori a base di fluido nei muscoli artificiali, robotica morbida e circuiti microfluidici "lab-on-a-chip".

Professor Xiaolin Wang, un leader del nodo e leader del tema presso l'ARC Center of Excellence for Future Low Energy Electronics Technologies (FLEET), ha guidato il team di ricerca dell'Istituto UOW per i materiali superconduttori ed elettronici all'interno dell'Istituto australiano per i materiali innovativi.

"Progettando un elettrodo speciale e applicando tensione a gocce di metallo liquido siamo stati in grado di far muovere il metallo come un cuore pulsante, "Ha detto il professor Wang.

Sebbene effetti simili sul battito cardiaco siano stati creati in precedenza nel mercurio liquido, questo produce un movimento irregolare che è difficile da disattivare o controllare. Il mercurio ha l'ulteriore svantaggio di essere altamente tossico.

gallio liquido, al contrario, non è tossico e produce un movimento regolare (a frequenze che vanno da 30-100 battiti al minuto a seconda dell'influenza della gravità e della dimensione della goccia) rendendolo potenzialmente di gran lunga maggiore utilità.

Il professor Wang ha affermato che la sua ricerca sui metalli liquidi è stata ispirata in parte dai sistemi biologici e in parte dalla fantascienza, compreso il mutamento di forma, Robot "T-1000" in metallo liquido nel film diretto da James Cameron Terminator 2:Il giorno del giudizio .

"Per me, niente è finzione:la fantascienza è un fatto scientifico che non è stato ancora scoperto. Quando vedo un effetto nella fantascienza penso a come possiamo creare quella funzionalità nella vita reale, " Egli ha detto.

"Non voglio creare un robot Terminator, non preoccuparti, ma la funzionalità del robot liquido può essere utile nel mondo reale, quindi volevo scoprire più funzionalità nel metallo liquido.

"Il robot liquido di Terminatore 2 aveva due funzionalità. Uno era quello di cambiarne la forma e poi recuperarlo. Il secondo era quello di passare da uno stato più morbido a uno più duro - se ricordi la scena in cui ha esteso il braccio e lo ha trasformato in una spada, si trasformò da metallo tenero a metallo duro.

"Queste due funzionalità sono state scoperte. Un gruppo in Cina e un altro gruppo negli Stati Uniti hanno scoperto il primo, cambiando forma e poi recuperandola, ed è stato il mio gruppo di ricerca qui all'UOW a scoprire il secondo fenomeno, transizione da uno stato soft a uno stato hard applicando una tensione.

"Abbiamo anche sviluppato un modo per formare qualsiasi modello all'istante, compresa la scrittura, su metallo liquido senza toccarlo. La mia idea iniziale era di trovare un modo per riprodurre l'effetto "cerchi nel grano" nel nostro laboratorio.

"E ora abbiamo creato una funzionalità in metallo liquido che nemmeno James Cameron era in grado di concepire:come farlo muovere come un cuore che batte".

Mentre il documento di ricerca si concentra sulla fisica fondamentale della svolta - capire come e perché il gallio liquido si comporta in quel modo - piuttosto che sulle sue applicazioni, Il professor Wang ha detto che c'erano una serie di potenziali usi.

"Ci sono così tante applicazioni per dispositivi costruiti con materiali più morbidi, " Egli ha detto.

"La robotica morbida è il nostro futuro. Per sviluppare robot morbidi abbiamo bisogno di un potere che guidi il movimento dei tessuti molli, quindi molto naturalmente pensiamo a un cuore tenero per un robot morbido.

"In molti sistemi biologici, nell'uomo e negli animali, è il cuore che alimenta ogni cosa. Quindi un battito cardiaco di metallo potrebbe essere usato come pompa, come forza motrice per trasportare liquido attraverso un canale."

Dott. David Cortie, un ricercatore ISEM e uno dei coautori del documento, ha affermato che la natura autoregolante del battito cardiaco di gallio liquido lo ha reso un buon candidato per una serie di usi.

"Il tempismo del battito cardiaco avviene naturalmente, non devi applicare alcuna elettronica complicata per far funzionare i tempi, quindi il pompaggio autoregolato è una possibilità, " ha detto il dottor Cortie.

"Un'altra cosa che abbiamo proposto erano gli oscillatori. In elettronica spesso è necessario un controllo di temporizzazione, per esempio qualcosa che invia un impulso due volte al secondo, quindi per analogia, questa funzionalità potrebbe essere utile per i timer a fluido nei circuiti microfluidici".

"Scoperta di un effetto del battito cardiaco stimolato dal voltaggio in goccioline di gallio liquido" di Zhenwei Yu, Yuchen Chen, Frank F. Yun, David Corti, Lei Jiang, e Xiaolin Wang è pubblicato l'11 luglio in Lettere di revisione fisica .