Intricate formazioni naturali come dune di sabbia a forma di stella o rocce a forma di arco possono apparire così intenzionali nella forma che è facile chiedersi se qualcuno le abbia progettate. Gli scienziati hanno da tempo riconosciuto che una particolare combinazione di campi energetici casuali e caotici può, in un lungo periodo di tempo, dare origine a questo tipo di formazioni uniche che punteggiano il nostro globo. Pochi, però, sono riusciti a replicare questi fenomeni naturali.

I ricercatori dell'Università Aalto in Finlandia hanno ora trovato un modo per imitare i processi naturali che creano forme e paesaggi complessi con l'aiuto di una piastra vibrante e dei campi energetici risultanti. I risultati sono pubblicati il ​​22 settembre 2021 in Progressi scientifici .

Per creare l'effetto, il team ha distribuito fino a 100 particelle di minuscole sfere di metallo, come quelle usate comunemente nella saldatura, su una piastra di silicio di 5x5 cm. Una fotocamera e un algoritmo intelligente hanno permesso al team di tracciare e manipolare le particelle nelle forme desiderate, come lettere dell'alfabeto, mentre il piatto vibrava, creando campi energetici non lineari.

"Abbiamo usato la fotocamera per determinare la posizione delle particelle, e l'algoritmo ha selezionato la frequenza di vibrazione più appropriata per spostare le particelle nella direzione desiderata. Le particelle si muovono attraverso la piastra in una direzione particolare a seconda della frequenza di vibrazione, e la stessa frequenza può causare direzioni di movimento molto diverse in diverse parti della piastra, " spiega il professor Quan Zhou, che guida il gruppo di ricerca dietro i risultati.

I ricercatori sono rimasti sorpresi dalla capacità dell'algoritmo intelligente di prevedere il movimento delle particelle a frequenze diverse, nonostante la complessità del loro movimento. L'algoritmo ha minimizzato in modo efficiente la differenza tra la forma del bersaglio e l'effettiva distribuzione delle particelle sulla piastra.

"Il movimento dello sciame di particelle è simile ai fenomeni naturali in cui i materiali naturali sono modellati dalla forza del vento e dell'acqua. Il metodo dovrebbe funzionare su scala sia più piccola che più grande, e potrebbe avere molte applicazioni future in cui è difficile usare le mani o gli strumenti, ", afferma il dottorando Artur Kopitca.

Tipicamente, realizzare un prodotto con una forma particolare richiede uno stampo o un paio di mani esperte. I ricercatori ritengono che il loro metodo ispirato alla natura potrebbe essere utilizzato per selezionare le cellule nella ricerca medica e delle bioscienze o come metodo di produzione industriale.

Una domanda chiave che rimane aperta, però, è quante particelle possono essere controllate e come il processo può essere integrato con altri sistemi che hanno proprietà dinamiche simili, come flussi turbolenti.

Il gruppo di ricerca del professor Zhou ha precedentemente studiato le proprietà delle piastre vibranti e come possono essere utilizzate per guidare le particelle lungo un percorso particolare o verso una destinazione finale. Questa è la prima volta che hanno tentato di creare forme imitando i fenomeni naturali.