Een team van wetenschappers heeft ontdekt hoe zwaar, gemotoriseerde objecten beklimmen steile hellingen - een nieuw ontdekt mechanisme dat ook nabootst hoe bergbeklimmers hellingen navigeren.

De bevindingen, die in het journaal verschijnen Zachte materie , komen voort uit een reeks experimenten waarbij gemotoriseerde objecten in vloeistof werden geplaatst en vervolgens op gekantelde oppervlakken werden bewogen.

"Deze 'microzwemmers' zijn ongeveer 20 keer zwaarder dan de vloeistof waarin ze zwemmen, maar ze waren in staat om steile hellingen te beklimmen die bijna verticaal zijn, " legt Jun Zhang uit, een van de auteurs van het artikel en een professor in natuurkunde en wiskunde aan het Courant Institute of Mathematical Sciences van de New York University en NYU Shanghai.

Het werk vergroot ons begrip van 'gravitaxis'—directionele beweging als reactie op de zwaartekracht. Het fenomeen is een essentiële overweging in niet alleen engineering, maar ook in de geneeskunde en farmaceutische ontwikkeling. Het verklaart, gedeeltelijk, hoe bacteriën door het lichaam bewegen en geeft inzicht in manieren om effectievere mechanismen voor medicijnafgifte te creëren.

In de Zachte materie Onderzoek, de wetenschappers creëerden zwemmers, of nanostaafjes, waarvan de lengte ongeveer 1/40ste is van de breedte van een streng mensenhaar. Deze gemotoriseerde zwemmers kregen de taak om op een hellend oppervlak te bewegen terwijl ze werden ondergedompeld in een vloeibare oplossing in een ommuurde container. De zwemmers waren samengesteld uit twee soorten metaal - goud en rhodium, evenals goud en platina - een samenstelling die hen onevenwichtige dichtheden gaf, gezien de verschillende gewichten van deze metalen.

De samenstelling van de zwemmers, vloeibare omgeving, en het naast elkaar plaatsen van oppervlakken stelde hen in staat omhoog te bewegen, ondanks hun aanzienlijke gewicht.

"Deze motoren heroriënteren zichzelf naar boven tegen de zwaartekracht in dankzij hun onbalans in dichtheid - net zoals een wip zichzelf heroriënteert in reactie op de beweging en het gewicht van zijn berijders, " voegt Michael Shelley toe, een professor aan het Courant Institute en directeur van het Centre for Computational Biology van het Flatiron Institute. "Een hydrodynamisch effect versterkt deze beweging - zwemmen naast een muur levert een groter koppel op bij het naar boven verplaatsen van de lichamen van de motoren. Dit is belangrijk omdat de microscopische wereld lawaaierig is - voor de motor is het altijd twee stappen omhoog en één stap naar beneden - en de groter koppel verbetert hun vermogen om verticaal te bewegen."

In eerder werk, gepubliceerd in Physical Review Letters, Zhang, Shelley, en hun collega's creëerden "nanomotoren" bij het ontdekken van een effectief middel om tegen stroming in te bewegen. Het nieuwe onderzoek breidt deze bevindingen uit door te onthullen hoe zware objecten steil hellende oppervlakken kunnen opstijgen, met de belofte van nog geavanceerdere manoeuvres.

"Nu deze microzwemmers in staat zijn om tegen de zwaartekracht in zeer steile hellingen te beklimmen, we kunnen kijken naar het ontwikkelen van nog moeilijkere opdrachten, " merkt Zhang op. "Toekomst, geavanceerde motoren zullen worden ontworpen om gerichte locaties te bereiken en aangewezen functies uit te voeren."