Forskere finder måde at navigere en tung stigning op ad bakke

Et team af forskere har afsløret, hvor tung, motoriserede genstande bestiger stejle skråninger - en nyopdaget mekanisme, der også efterligner, hvordan bjergbestigere navigerer i skråninger.

Fundene, som fremgår af journalen Soft Matter , stammer fra en række forsøg, hvor motoriserede genstande blev placeret i væske og derefter flyttede op ad skrå flader.

"Disse 'mikrosvømmere' er omkring 20 gange tungere end væsken, de svømmer i, men de var i stand til at bestige stejle skråninger, der er næsten lodrette, "forklarer Jun Zhang, en af ​​papirets forfattere og en professor i fysik og matematik ved New York University's Courant Institute of Mathematical Sciences og NYU Shanghai.

Værket forbedrer vores forståelse af 'gravitaxis' - retningsbestemt bevægelse som reaktion på tyngdekraften. Fænomenet er en vital overvejelse i ikke kun teknik, men også inden for medicin og farmaceutisk udvikling. Det forklarer, delvis, hvordan bakterier bevæger sig gennem kroppen og giver indsigt i måder at skabe mere effektive lægemiddelleveringsmekanismer på.

I Soft Matter forskning, forskerne skabte svømmere, eller nanoroder, hvis længde er omtrent 1/40th bredden af ​​en hårstreng. Disse motoriserede svømmere fik til opgave at bevæge sig op ad en skrånende overflade, mens de var nedsænket i en flydende opløsning i en muret beholder. Svømmerne var sammensat af to typer metal - guld og rhodium samt guld og platin - en makeup, der gav dem ubalanceret tæthed i betragtning af disse metallers forskellige vægte.

Svømmernes sammensætning, flydende miljø, og sammenstilling af overflader gjorde dem i stand til at bevæge sig opad, trods deres betydelige vægt.

"Disse motorer omorienterer sig selv opad mod tyngdekraften takket være deres ubalance i densiteten - ligesom en vippe reorienterer sig selv som reaktion på bevægelsen og vægten af ​​sine ryttere, "tilføjer Michael Shelley, en professor ved Courant Institute og direktør for Flatiron Institute's Center for Computational Biology. "En hydrodynamisk effekt forstærker denne bevægelse - svømning ved siden af ​​en væg giver et større drejningsmoment ved at flytte motorernes kroppe opad. Dette er vigtigt, fordi den mikroskopiske verden er støjende - for motoren er det altid to trin op og et trin nedad - og større drejningsmoment forbedrer deres evne til at bevæge sig lodret. "

I tidligere arbejde, udgivet i Physical Review Letters, Zhang, Shelley, og deres kolleger skabte "nanomotorer" for at afdække et effektivt middel til bevægelse mod strømme. Den nye forskning udvider disse fund ved at afsløre, hvordan tunge genstande kan bevæge sig op ad stejlt skrånende overflader, giver løfte om endnu mere sofistikerede manøvrer.

"Nu hvor disse mikro-svømmere er i stand til at bestige meget stejle skråninger mod tyngdekraften, vi kan se hen imod at udvikle endnu vanskeligere opgaver, "observerer Zhang." Fremtiden, avancerede motorer vil blive designet til at nå målrettede steder og til at udføre bestemte funktioner. "