science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Een coherente apparaatbeweging creëren op basis van gecoördineerde microscopische bewegingen

Voortplanting van de golf door het materiaal na de instroom van ionen. Krediet:RIKEN

Dankzij het werk van wetenschappers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science en medewerkers, zijn wetenschappers dichter bij het creëren van apparaten die microscopische bewegingen op een gecoördineerde manier kunnen gebruiken om coherente beweging op macroscopische schaal te creëren. Dit repliceert de manier waarop levende organismen op een andere manier bewegen dan door de mens gemaakte mechanische apparaten.

In het werk, gepubliceerd in Nature Communications , gebruikten de onderzoekers titanium nanosheets gerangschikt in een waterige oplossing om een ​​golf te creëren die zich door het materiaal voortplantte, ook al waren de nanosheets niet aan elkaar bevestigd. Ze waren ook in staat om de gecoördineerde beweging te gebruiken om microdeeltjes met de golf mee te transporteren. De beweging van menselijke spieren vindt bijvoorbeeld plaats via een complex proces, waarbij individuele "moleculaire motoren" op een gecoördineerde manier bewegen. Evenzo kan de golfbeweging van trilhaartjes, die de beweging van bacteriën aandrijven, zich op een goed gecontroleerde manier voortplanten in een vloeibaar medium. Daarentegen hebben de kunstmatige machines om ons heen de neiging om te bewegen als gevolg van slechts een klein aantal bewegende elementen. Daarom kunnen levende organismen op verzoek fijne en ingewikkelde bewegingen genereren, terwijl motoren alleen eenvoudige lineaire of cirkelvormige bewegingen kunnen herhalen.

Video die de voortplanting van de golf toont na blootstelling aan ionen uit de lucht

In de huidige studie wilden de onderzoekers een kunstmatig materiaal maken dat de beweging van natuurlijke systemen zou kunnen nabootsen. Concreet rapporteerden de onderzoekers dat ongeveer tien miljard colloïdaal gedispergeerde nanosheets in waterige media zouden kunnen worden overgehaald om coherent te werken om een ​​zich voortplantende macroscopische golf te genereren in een niet-evenwichtstoestand. De nanosheets werden aanvankelijk geïnduceerd om een ​​cofaciale geometrie aan te nemen met een grote en uniforme afstand van vliegtuig tot vliegtuig van ongeveer 420 nanometer. In wezen werden ze op hun plaats gehouden door de competitieve elektrostatische afstoting en van der Waals-aantrekking tussen de negatief geladen nanosheets. Toen de onderzoekers de afstotende kracht verzwakten door ionen aan de oplossing toe te voegen, kwamen de nanosheets dichterbij naarmate de afstoting verzwakte. Hierdoor ontstond een golf die zich door het materiaal verspreidde. De golf was ook in staat om microdeeltjes in een uniforme richting en snelheid te transporteren.

Volgens Koki Sano, de eerste auteur van het artikel:"Het was erg opwindend om de microdeeltjes daadwerkelijk door het materiaal te zien bewegen. We weten dat dit soort bewegingen in de natuur heel gewoon zijn, dus het was absoluut een prestatie om te zien dat we zou dat op de een of andere manier kunnen nabootsen."

Beweging van microdeeltjes gedragen door de golf. Krediet:RIKEN

Yasuhiro Ishida van RIKEN CEMS, een van de leiders van de onderzoeksgroep, zei:"Onderzoekers hebben eerder geprobeerd de natuur na te bootsen door macroscopische beweging te creëren met behulp van gecoördineerde beweging van kleine componenten, maar het leek moeilijk te bereiken. Onze benadering was anders omdat de individuele eenheden werden niet verbonden door middel van banden, maar werden op hun plaats gehouden door de concurrentie tussen aantrekkende en afstotende krachten. We hopen dat deze ontdekking een algemeen principe zal bieden voor het ontwerpen van een macroscopische machine uit enorme aantallen kleine componenten." + Verder verkennen

Een vormveranderend materiaal op basis van anorganische materie




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Verschillen tussen gisten en vormpjes
  2. Hoe zijn fotosynthese en cellulaire ademhaling gerelateerd
  3. Varens krijgen eindelijk een genoom en onthullen een geschiedenis van DNA-hamsteren en kleptomanie
  4. Een RNA TREAT voor Halloween
  5. Jurassic ichthyosaurussen verdeelden voedselbronnen om naast elkaar te bestaan, vinden onderzoekers
  6. Genoom van tarwe-voorouder gesequenced
  7. Onderzoekers traceren de oorsprong van aardappelen, meer te weten komen over het onbenutte potentieel ervan
  8. Stamcellen die vetweefsel genereren, hebben een circadiane klok
  9. Wanneer werden DNA-testen het eerst gebruikt?

Wetenschap