Bij dendritisch schilderen ondergaan de druppels van inkt en alcohol verschillende krachten. Eén daarvan is oppervlaktespanning:de kracht die regendruppels bolvormig maakt en bladeren op het oppervlak van een vijver laat drijven.

Omdat alcohol sneller verdampt dan water, verandert dit vooral de oppervlaktespanning van de druppel. Vloeistofmoleculen hebben de neiging naar de druppelrand te worden getrokken, die een hogere oppervlaktespanning heeft vergeleken met het midden ervan. Dit wordt het Marangoni-effect genoemd en is hetzelfde fenomeen dat verantwoordelijk is voor de vorming van wijntranen:de druppels of strepen wijn die zich aan de binnenkant van een wijnglas vormen na het ronddraaien of kantelen.

Ten tweede speelt ook de onderliggende verflaag een belangrijke rol in deze artistieke techniek. Dr. Chan testte verschillende soorten vloeistoffen. Om fractals te laten ontstaan, moet de vloeistof een vloeistof zijn waarvan de viscositeit onder schuifspanning afneemt, wat betekent dat de vloeistof zich enigszins als ketchup moet gedragen.

Het is algemeen bekend dat het moeilijk is om ketchup uit de fles te krijgen, tenzij je hem schudt. Dit gebeurt omdat de viscositeit van ketchup verandert afhankelijk van de schuifspanning. Als je de fles schudt, wordt de ketchup minder stroperig, waardoor je hem makkelijker over je gerecht kunt gieten. Hoe wordt dit toegepast op dendritische schilderkunst?

“Bij dendritisch schilderen schuift het uitzettende inktdruppeltje de onderliggende acrylverflaag af. Het is niet zo sterk als het schudden van een ketchupfles, maar het is nog steeds een vorm van schuifspanning. Net als bij ketchup geldt:hoe meer spanning er is, hoe het is gemakkelijker voor de inktdruppels om te vloeien", legt Dr. Chan uit.

"We hebben ook laten zien dat de fysica achter deze dendritische schildertechniek vergelijkbaar is met hoe vloeistof zich verplaatst in een poreus medium, zoals aarde. Als je de mix van acrylverf onder de microscoop zou bekijken, zou je een netwerk van microscopisch kleine structuren zien. gemaakt van polymeermoleculen en pigmenten. Het inktdruppeltje heeft de neiging zijn weg te vinden door dit onderliggende netwerk, waarbij hij zich via paden met de minste weerstand verplaatst, die naar het dendritische patroon leiden", voegt prof. Fried toe.

Elke dendritische afdruk is uniek in zijn soort, maar er zijn minstens twee belangrijke aspecten waarmee kunstenaars rekening kunnen houden om de uitkomst van dendritische schilderkunst te bepalen. De eerste en belangrijkste factor is de dikte van de verflaag die zich op het oppervlak bevindt. Dr. Chan merkte op dat goed verfijnde fractals verschijnen met een verflaag die dunner is dan een halve millimeter.

De tweede factor waarmee geëxperimenteerd moet worden is de concentratie van verdunnend medium en verf in deze verflaag. Dr. Chan verkreeg de meest gedetailleerde fractals met behulp van drie delen verdunningsmedium en één deel verf, of twee delen verdunningsmedium en één deel verf. Als de concentratie verf hoger is, kan de druppel zich niet goed verspreiden. Omgekeerd, als de concentratie verf lager is, zullen er vage randen ontstaan.

Dit is niet het eerste wetenschap-ontmoet-kunst-project waaraan leden van de Eenheid Mechanica en Materialen zijn begonnen. Zo ontwierpen en installeerden ze een mobiele sculptuur op de OIST-campus. Het beeldhouwwerk is een voorbeeld van een familie van mechanische apparaten, genaamd Möbius kaleidocycles, uitgevonden in de Eenheid, die richtlijnen kunnen bieden voor het ontwerpen van chemische verbindingen met nieuwe elektronische eigenschappen.

Momenteel ontwikkelt Dr. Chan ook nieuwe methoden om te analyseren hoe de complexiteit van een schets of schilderij evolueert tijdens de creatie ervan. Hij en prof. Fried zijn optimistisch dat deze methoden kunnen worden toegepast om verborgen structuren bloot te leggen in experimenteel vastgelegde of numeriek gegenereerde beelden van stromende vloeistoffen.

"Waarom zouden we de wetenschap beperken tot louter technologische vooruitgang?" vraagt ​​dr. Chan zich af. "Ik onderzoek ook graag het potentieel ervan om artistieke innovatie te stimuleren. Ik doe aan digitale kunst, maar ik bewonder echt traditionele kunstenaars. Ik nodig ze oprecht uit om met verschillende materialen te experimenteren en neem contact met ons op als ze geïnteresseerd zijn in samenwerking en het verkennen van de natuurkunde verborgen in hun kunstwerken."

Instructies om thuis dendritische schilderingen te maken

Iedereen kan plezier beleven aan het maken van dendritische schilderijen. De benodigde materialen zijn onder meer een niet-absorberend oppervlak (glas, synthetisch papier, keramiek, enz.), een borstel, een haarborstel, ontsmettingsalcohol (isopropylalcohol), acrylinkt, acrylverf en gietmedium.

1. Verdun één deel acrylverf met twee of drie delen gietmedium, of test andere verhoudingen om te zien hoe het resultaat verandert
2. Breng dit gelijkmatig aan op het niet-absorberende oppervlak met een haarborstel. Natuurkundigen van OIST hebben ontdekt dat de dikte van de verf het resultaat beïnvloedt. Voor de mooiste fractals is een verflaag dunner dan een halve millimeter aan te raden.
3. Meng ontsmettingsalcohol met acrylinkt. De dichtheid van de inkt kan per merk verschillen:probeer alcohol en inkt in verschillende verhoudingen te mengen
4. Als de witte verf nog nat is (nog niet gedroogd), breng dan een druppeltje inkt met alcoholmengsel aan met een penseel of ander gereedschap, zoals een bamboestok of een tandenstoker.
5. Geniet van je meesterwerk terwijl het zich voor je ogen ontwikkelt.

Meer informatie: San To Chan et al, Marangoni verspreidt zich over vloeibare substraten in nieuwe mediakunst, PNAS Nexus (2024). DOI:10.1093/pnasnexus/pgae059

Journaalinformatie: PNAS Nexus

Aangeboden door Okinawa Instituut voor Wetenschap en Technologie