Att kontrollera vätskedroppars rörelse är viktigt i många applikationer som genererar värme, från kraftverkskondensatorer till persondatorer. Tekniker för att kontrollera droppar på ytor idag inkluderar att använda gammaldags gravitation, hydrofoba kemiska beläggningar, och temperaturgradienter.

Men tänk om en droppe kunde driva sig själv över en yta utan kemikalier, förprogrammerade gradienter eller extra energi?

Nu, forskare vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) har beskrivit ett ramverk för självexciterade dropprörelser. Forskningen är publicerad i Fysiska granskningsbrev .

"Vårt system av självexciterade rörelser kräver ingen yttre forcering eller gradient, " sa Aditi Chakrabarti, en postdoktor vid SEAS och första författare till uppsatsen. "Den skapar spontant och reagerar på gradienter av sig själv."

Systemet använder en droppe av flytande lösningsmedel – som aceton eller nagellackborttagare – på ett tunt materialark. När droppen först vidrör ytan, en del av vätskan absorberas i materialet och materialet sväller. När materialet sväller, den spänns och skapar en lutning nedåt som droppen rullar. Nu, den svullna delen av arket exponeras för luften och den absorberade vätskan avdunstar, tillåta arket att återta sin ursprungliga form.

Samma process sker varhelst droppen rör sig, skapar en oscillerande rörelse som trycker en vätskedroppe fram och tillbaka mellan två punkter på ytan. Svängningen fortsätter tills droppen krymper.

"Denna gungbräda rörelse är helt självdriven av interaktionen mellan dessa tre beteenden - absorptionsdriven svullnad, vätskeflöde och avdunstning, ", sade Chakrabarti. "Denna typ av självgenererad rörelse har inte utforskats tidigare och kan leda till spännande tillämpningar."

Forskargruppen använde olika typer av lösningsmedel och droppstorlekar för att generera detta beteende på tunna ark.

"Att utnyttja sådana beteenden och rörelser i tunnfilmssystem kan ge ett naturligt sätt att driva småskaliga motorer, oscillatorer, och pumpar, " sa L. Mahadevan, Lola England de Valpine professor i tillämpad matematik, av organisk och evolutionär biologi, och fysik och senior författare till tidningen. "Det här systemet kan också tillhandahålla en enkel fysisk modell för att förstå hur biologiska system, t.ex. protoceller, flytta."