Het beheersen van de beweging van vloeistofdruppels is belangrijk in veel toepassingen die warmte genereren, van condensatoren voor elektriciteitscentrales tot pc's. Technieken om druppels op oppervlakken tegenwoordig te beheersen, zijn onder meer het gebruik van ouderwetse zwaartekracht, hydrofobe chemische coatings, en temperatuurgradiënten.

Maar wat als een druppel zichzelf over een oppervlak zou kunnen voortstuwen zonder chemicaliën, voorgeprogrammeerde gradiënten of extra energie?

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een raamwerk beschreven voor zelf-opgewonden druppelbeweging. Het onderzoek is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

"Ons systeem van zelf-opgewonden beweging vereist geen externe kracht of gradiënt, " zei Aditi Chakrabarti, een postdoctoraal onderzoeker bij SEAS en eerste auteur van het artikel. "Het creëert spontaan en reageert zelf op gradiënten."

Het systeem maakt gebruik van een druppeltje vloeibaar oplosmiddel, zoals aceton of nagellakremover, op een dun vel materiaal. Wanneer de druppel voor het eerst het oppervlak raakt, een deel van de vloeistof wordt opgenomen in het materiaal en het materiaal zwelt op. Als het materiaal opzwelt, het knikt en creëert een helling waar de druppel naar beneden rolt. Nutsvoorzieningen, het gezwollen deel van het laken wordt blootgesteld aan de lucht en de geabsorbeerde vloeistof verdampt, waardoor het blad zijn oorspronkelijke vorm terugkrijgt.

Hetzelfde proces vindt plaats overal waar de druppel beweegt, het creëren van een oscillerende beweging die een vloeistofdruppel heen en weer duwt tussen twee plekken op het oppervlak. De oscillatie gaat door totdat de druppel krimpt.

"Deze wipbeweging is volledig zelfgestuurd door de interactie tussen deze drie gedragingen - door absorptie aangedreven zwelling, vloeistofstroom en verdamping, "zei Chakrabarti. "Dit type zelf gegenereerde beweging is nog niet eerder onderzocht en zou tot opwindende toepassingen kunnen leiden."

Het onderzoeksteam gebruikte verschillende soorten oplosmiddelen en druppelgroottes om dit gedrag op dunne platen te genereren.

"Het benutten van dergelijk gedrag en dergelijke bewegingen in dunne-filmsystemen zou een natuurlijke manier kunnen zijn om kleinschalige motoren aan te drijven, oscillatoren, en pompen, " zei L. Mahadevan, de Lola England de Valpine hoogleraar Toegepaste Wiskunde, van Organismische en Evolutionaire Biologie, en van Natuurkunde en senior auteur van het papier. "Dit systeem zou ook een eenvoudig fysiek model kunnen bieden om te begrijpen hoe biologische systemen, zoals protocellen, Actie."