Propagazione dell'onda attraverso il materiale in seguito all'afflusso di ioni. Credito:RIKEN
Grazie al lavoro degli scienziati del RIKEN Center for Emergent Matter Science e dei collaboratori, gli scienziati sono più vicini alla creazione di dispositivi in grado di utilizzare i movimenti microscopici in modo coordinato per creare un movimento coerente su scala macroscopica. Questo replica il modo in cui gli organismi viventi si muovono in modo diverso dai dispositivi meccanici artificiali.
Nell'opera, pubblicata su Nature Communications , i ricercatori hanno utilizzato nanosheet di titanio disposti in una soluzione acquosa per creare un'onda che si propagava attraverso il materiale, anche se i nanosheet non erano attaccati l'uno all'altro. Sono stati anche in grado di utilizzare il movimento coordinato per trasportare le microparticelle insieme all'onda. Il movimento dei muscoli umani, ad esempio, avviene attraverso un processo complesso, in cui i singoli "motori molecolari" si muovono in modo coordinato. Allo stesso modo, il moto ondoso delle ciglia, che guida il movimento dei batteri, può propagarsi in un mezzo fluidico in modo ben controllato. Al contrario, le macchine artificiali che ci circondano tendono a muoversi a causa di un numero limitato di elementi in movimento. Pertanto, gli organismi viventi possono generare movimenti fini e complessi su richiesta, mentre i motori possono solo ripetere semplici movimenti lineari o circolari.
Nel presente studio, i ricercatori hanno deciso di creare un materiale artificiale in grado di ricreare il movimento dei sistemi naturali. Concretamente, i ricercatori hanno riferito che circa dieci miliardi di nanosheet dispersi colloidalmente in mezzi acquosi potrebbero essere indotti a funzionare in modo coerente per generare un'onda macroscopica che si propaga in uno stato di non equilibrio. I nanosheet sono stati inizialmente indotti ad adottare una geometria cofacciale con una distanza piano-piano ampia e uniforme di circa 420 nanometri. Essenzialmente, sono stati tenuti in posizione dalla repulsione elettrostatica competitiva e dall'attrazione di van der Waals tra i nanosheet caricati negativamente. Quando i ricercatori hanno indebolito la forza repulsiva aggiungendo ioni alla soluzione, i nanosheet si sono avvicinati man mano che la repulsione si è indebolita. Questo ha creato un'onda che si è diffusa attraverso il materiale. L'onda è stata anche in grado di trasportare le microparticelle in una direzione e velocità uniformi.
Secondo Koki Sano, il primo autore dell'articolo, "È stato molto emozionante vedere le microparticelle muoversi effettivamente attraverso il materiale. Sappiamo che questo tipo di movimento è molto comune in natura, quindi è stato sicuramente un risultato vedere che abbiamo potrebbe effettivamente replicarlo in qualche modo."
Moto delle microparticelle trasportate dall'onda. Credito:RIKEN
Yasuhiro Ishida di RIKEN CEMS, uno dei leader del gruppo di ricerca, ha dichiarato:"I ricercatori hanno precedentemente cercato di replicare la natura creando un movimento macroscopico utilizzando il movimento coordinato di minuscoli componenti, ma sembrava difficile da ottenere. Il nostro approccio era diverso in quanto il le singole unità non sono state fissate tramite legami, ma piuttosto tenute in posizione dalla competizione tra forze attrattive e repulsive. Speriamo che questa scoperta fornisca un principio generale per la progettazione di macchine macroscopiche da un numero enorme di minuscoli componenti". + Esplora ulteriormente
