Araştırmacılar Akışkan Dinamiği Yasalarına Aykırı Mikro Yüzücü Geliştirdiler

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Liège Üniversitesi ve Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg için Yenilenebilir Enerji’de araştırmacılar, akışkan dinamiği yasalarına aykırı bir mikro yüzücü geliştirdiler. Yüzücü, sağlık gibi alanlarda uygulamalara sahip olabilir, burada ilaçları kana taşımak için kullanılabilir.

Ekibin modeli, bir lineer yay ile birbirine bağlı iki boncuktan oluşuyor ve tamamen simetrik osilasyonlar ile itiliyor. Scallop teoremine göre, bu sıvı mikrosistemlerde mümkün olmamalıdır.

Araştırmacıların bulguları Physical Review Letters‘de yayımlandı.

Midye ve Yüzücü

Midyeler, kabuklarını su içinde çırparak yüzüyor ve midye kabuğunu açarken, büyük boyutu momenti ile ilerlemesini sağlıyor. Ancak Scallop teoremi, sıvının yoğunluğu ve viskozitesine bağlı olarak daha fazla veya daha az uygulanabilir.

Teoreme göre, simetrik veya geri dönüşümlü ileri ve geri hareketler yapan bir yüzücü, muhtemelen çok küçük bir hareketle sonuçlanacaktır.

Dr. Maxime Hubert, FAU’da Prof. Dr. Ana-Suncana Smith’in grubunda bir postdoc araştırmacıdır.

“Su içinde yüzmek, mikroskobik organizmalar için insanlara tar gibi yüzmenin olduğu kadar zordur” diyor Dr. Hubert. “Bu nedenle tek hücreli organizmalar, titreşen saçlar veya dönen flagella gibi比較 olarak karmaşık itme yöntemlerine sahiptir.”

FAU ekibi, Liège Üniversitesi ve Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg için Yenilenebilir Enerji’deki araştırmacılarla birlikte, Scallop teoremine tabi olmayan benzer bir yüzücü geliştirdi. Oldukça basit model, iki farklı boyutlu boncukları bir lineer yay ile birbirine bağlıyor. Mikro yüzücü, yay simetrik olarak genişleyip daraldığında masih sıvı içinde ilerleyebiliyor.

“İlk olarak bu prensibi bilgisayar simülasyonları ile test ettik” diyor Maxime Hubert. “Sonrasında işleyen bir model inşa ettik.”

Ekibin modelini test etmek için, birkaç hundred mikrometre çapındaki iki çelik boncuk, bir Petri kabının içinde su yüzeyine yerleştirildi. Yayın sıkışması, su yüzey gerilimi ile temsil edildi ve manyetik alan, ters yönde genişleme sağlamak için kullanıldı. Bu sistem, mikro boncukların periyodik olarak birbirini itmesine neden oldu.

Gerçek Dünya Uygulamaları

Yüzücü, boncukların farklı boyutlarından dolayı kendi kendini itebilir.

Dr. Hubert’e göre, “Küçük boncuk, yay kuvvetine daha büyük boncuktan daha hızlı tepki veriyor. Bu, asimetrik hareketlere neden oluyor ve büyük boncuk, küçük boncukla birlikte çekiliyor. Burada, su ile değil, cisimlerin birbirleriyle etkileşimi ile ilgili olan atalet prensibini kullanıyoruz.”

Sistem oldukça hızlı değil, ancak her osilasyon döngüsü sırasında yaklaşık binde bir vücut uzunluğu ilerler. Ancak yeni sistemin en etkileyici ve önemli faktörü, yapısının ve mekanizmasının basitliğidir.

Ekibin dediğine göre, böyle bir sistem, küçük yüzme robotları geliştirmek için kullanılabilir ve sağlık gibi sektörlerde gerçek dünya uygulamalarına sahip olabilir. Örneğin, ilaç taşımacılığı için kullanılabilir.

“Keşfettiğimiz prensip, küçük yüzme robotları inşa etmemize yardımcı olabilir” diyor Dr. Hubert. “Bir gün, ilaçları kana precisa bir konuma taşımak için kullanılabilirler.”