Pionierska nowa zasada – koreańscy badacze odkryli rewolucyjne zjawisko w ciekłych kryształach

Naukowcy odkryli, że obiekty mogą osiągać ukierunkowany ruch w ciekłym krysztale poprzez okresową zmianę swoich rozmiarów, torując drogę postępowi w mikrorobotyce.

Grupa badawcza z Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (UNIST), kierowana przez profesora Junwoo Jeonga z Wydziału Fizyki, odkryła niedawno pionierską zasadę ruchu na poziomie mikroskopowym. Ich odkrycia pokazują, że obiekty mogą osiągnąć ukierunkowany ruch po prostu poprzez okresową zmianę swoich rozmiarów w ośrodku ciekłokrystalicznym. To innowacyjne odkrycie niesie ze sobą ogromny potencjał dla wielu obszarów badań i może w przyszłości doprowadzić do opracowania miniaturowych robotów.

W swoich badaniach zespół zaobserwował, że pęcherzyki powietrza wewnątrz ciekłego kryształu mogą poruszać się w jednym kierunku poprzez okresową zmianę swoich rozmiarów, w przeciwieństwie do symetrycznego wzrostu lub kurczenia się typowo obserwowanego w przypadku pęcherzyków powietrza w innych ośrodkach. Wprowadzając do ciekłego kryształu pęcherzyki powietrza o wielkości podobnej do ludzkiego włosa i manipulując ciśnieniem, badacze byli w stanie zademonstrować to niezwykłe zjawisko.

Od lewej: Sung-Joo Kim, profesor Junwoo Jeong i profesor naukowy Eugene Ohm. Źródło: Unist

Kluczem do tego zjawiska jest powstawanie defektów fazowych w strukturze ciekłokrystalicznej obok pęcherzyków powietrza. Wady te zakłócają symetryczny charakter pęcherzyków, umożliwiając im działanie siły jednokierunkowej pomimo ich symetrycznego kształtu. Gdy pęcherzyki powietrza zmieniają swoją objętość, popychając i ciągnąc otaczający je ciekły kryształ, są one wypychane w ustalonym kierunku, co przeczy prawom konwencjonalnej fizyki.

„Ta pionierska obserwacja pokazuje zdolność symetrycznych obiektów do wykazywania ukierunkowanego ruchu poprzez ruchy symetryczne, co jest zjawiskiem bezprecedensowym” – powiedział Sung-Joo Kim, pierwszy autor badania. Podkreślono także potencjał zastosowania tej zasady do szerokiej gamy złożonych cieczy innych niż ciekłe kryształy.

Rozproszone pulsujące bąbelki w NLC. Źródło: Unist

Profesor Jeong skomentował: „Ten interesujący wynik podkreśla znaczenie łamania symetrii w czasie i przestrzeni w sterowaniu ruchem na poziomie mikroskopowym. Co więcej, dobrze wróży promowaniu badań nad rozwojem mikroskopijnych robotów”.

Odniesienie: „Pulsujące bąbelki unoszą się symetrycznie w płynie anizotropowym zgodnie z dynamiką nematyczną”, autorzy: Sung-Joo Kim, Zija Kuss, Eugene Ohm i Jun-Woo Jeong, 9 lutego 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41467-024-45597-1

Badania te były wspierane przez Koreańską Narodową Fundację Badawczą (NRF), Instytut Nauk Podstawowych (IBS) i Słoweńską Agencję Badawczą (ARRS).