Araştırmacılar, Akışkanlar Dinamiği Yasalarına Meydan Okuyan Mikro Yüzücü Geliştiriyor

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Liège Üniversitesi ve Helmholtz Erlangen-Nürnberg Yenilenebilir Enerji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, akışkan dinamiği yasalarına meydan okuyan yeni bir mikro yüzücü geliştirdiler. Yüzücü, ilaçları kan yoluyla taşımak için kullanılabilecek sağlık hizmetleri gibi alanlarda uygulamalara sahip olabilir. 

Takımın modeli, doğrusal bir yay ile birbirine bağlanan iki boncuktan oluşuyor ve tamamen simetrik salınımlarla hareket ettiriliyor. Tarak teoremine göre, akışkan mikrosistemlerde bu mümkün olmamalıdır. 

Araştırmacıların bulguları yayınlandı Physical Review Letters.

Tarak ve Yüzücü

Deniz tarağı, kabuklarını birbirine vurarak suda yüzer ve deniz tarağı bir sonraki vuruş için kabuğunu açarken, büyük boyutu onu atalet momentinden geçirir. Bununla birlikte, Tarak teoremi, sıvının yoğunluğuna ve viskozitesine bağlı olarak az ya da çok geçerlidir.

Teoreme göre, bir deniz tarağının kabuğunu açıp kapatmasına benzer şekilde ileri ve geri simetrik veya karşılıklı hareketler yapan bir yüzücü, muhtemelen çok küçük bir hareketle sonuçlanacaktır. 

Maxime Hubert, FAU'daki Teorik Fizik Enstitüsü'nde Prof. Dr. Ana-Suncana Smith'in grubunda doktora sonrası araştırmacıdır. 

Dr. Hubert, "Mikroskobik organizmalar için suda yüzmek, insanlar için katranda yüzmek kadar zordur" diyor. "Bu nedenle, tek hücreli organizmalar, titreşen kıllar veya dönen kamçı gibi nispeten karmaşık itme araçlarına sahiptir."

FAU ekibi, Tarak teoremi ile sınırlı görünmeyen benzer bir yüzücü geliştirmek için Liège Üniversitesi'ndeki araştırmacılar ve Yenilenebilir Enerji için Helmholtz Enstitüsü Erlangen-Nürnberg ile işbirliği yaptı. Oldukça basit olan model, iki farklı boyuttaki boncukları birbirine bağlayan doğrusal bir yay ile çalışır. Mikro yüzücü, yay zamanın tersine çevrilmesi altında simetrik olarak genişlediğinde ve büzüldüğünde, sıvı içinde hareket edebilir. 

Maxime Hubert, "Bu prensibi başlangıçta bilgisayar simülasyonları kullanarak test ettik" diyor. "Daha sonra işleyen bir model oluşturduk."

Ekip, bir Petri kabının içindeki suyun yüzeyine yalnızca birkaç yüz mikrometre çapında iki çelik boncuk yerleştirerek modeli test etti. Yayın büzülmesi, suyun yüzey gerilimi ile temsil edildi ve ters yönde genişleme sağlamak için bir manyetik alan kullanıldı. Bu sistem mikro boncukların periyodik olarak birbirini itmesine neden oldu. 

Gerçek Dünya Kullanımları

Yüzücü, boncukların farklı boyutları nedeniyle kendi kendine itme gücü elde eder. 

Dr. Hubert'e göre, “Daha küçük boncuk, yay kuvvetine daha büyük boncuktan çok daha hızlı tepki verir. Bu, asimetrik harekete neden olur ve daha büyük boncuk, daha küçük boncukla birlikte çekilir. Bu nedenle atalet ilkesini kullanıyoruz, şu farkla ki burada cisimler ve su arasındaki etkileşimden çok cisimler arasındaki etkileşimle ilgileniyoruz.”

Sistem inanılmaz derecede hızlı olmasa da, her salınım döngüsünde vücut uzunluğunun yaklaşık binde biri kadar ileri doğru hareket eder. Ancak yeni sistemin en etkileyici ve önemli unsuru, yapım ve mekanizmasının basitliği. 

Ekip, böyle bir sistemin sağlık gibi sektörlerde gerçek dünyada pek çok kullanıma sahip olabilecek küçük yüzen robotlar geliştirmek için kullanılabileceğini söylüyor. Örneğin, uyuşturucu taşımacılığı için kullanılabilirler. 

Hubert, "Keşfettiğimiz ilke, küçük yüzen robotlar yapmamıza yardımcı olabilir" diyor. "Bir gün ilaçları kan yoluyla kesin bir yere taşımak için kullanılabilirler."