Heavy metallic mikrosimmare, gjord av rodium (lila) och guld, simma runt i en flytande lösning. När du möter en sluttande vägg, varje spöliknande simmare kommer att omorientera sin kropp uppåt på grund av dess densitetsobalans, och simmar upp som en bergsklättrare mot gravitationen. En hydrodynamisk effekt hjälper till att förstärka handlingen i dess omorientering. Kredit:Jun Zhang, NYU:s Courant Institute och NYU:s institution för fysik.
Ett team av forskare har upptäckt hur tungt, motoriserade föremål klättrar i branta sluttningar - en nyupptäckt mekanism som också efterliknar hur bergsklättrare navigerar i sluttningar.
Resultaten, som finns i journalen Mjuk materia , härrör från en serie experiment där motoriserade föremål placerades i vätska och sedan flyttades upp på lutande ytor.
"Dessa "mikrosimmare" är ungefär 20 gånger tyngre än vätskan de simmar i, men de kunde klättra uppför branta sluttningar som är nästan vertikala, " förklarar Jun Zhang, en av tidningens författare och professor i fysik och matematik vid New York Universitys Courant Institute of Mathematical Sciences och NYU Shanghai.
Verket förbättrar vår förståelse av "gravitaxis" - riktningsrörelse som svar på gravitationen. Fenomenet är ett viktigt övervägande inte bara inom teknik, men också inom medicin och läkemedelsutveckling. Det förklarar, till viss del, hur bakterier rör sig genom kroppen och ger insikter om sätt att skapa effektivare läkemedelsleveransmekanismer.
I Mjuk materia forskning, forskarna skapade simmare, eller nanorods, vars längd är ungefär 1/40 av bredden på ett hårstrå. Dessa motoriserade simmare fick i uppgift att flytta uppför en lutande yta medan de var nedsänkta i en flytande lösning i en väggförsedd behållare. Simmarna var sammansatta av två typer av metall – guld och rodium samt guld och platina – en makeup som gav dem obalanserade densiteter med tanke på de olika vikterna av dessa metaller.
Simmarnas sammansättning, flytande miljö, och sammanställning av ytor gjorde det möjligt för dem att röra sig uppåt, trots deras betydande vikt.
"Dessa motorer omorienterar sig uppåt mot tyngdkraften tack vare deras densitetsobalans - ungefär som en gungbräda omorienterar sig som svar på rörelsen och vikten av sina förare, " tillägger Michael Shelley, en professor vid Courant Institute och chef för Flatiron Institutes Center for Computational Biology. "En hydrodynamisk effekt förstärker denna rörelse – simning bredvid en vägg ger ett större vridmoment när det gäller att flytta motorkropparna uppåt. Detta är viktigt eftersom den mikroskopiska världen är bullrig – för motorn är det alltid två steg upp och ett steg ner – och större vridmoment förbättrar deras förmåga att röra sig vertikalt."
I tidigare arbeten, publicerad i Physical Review Letters, Zhang, Shelley, och deras kollegor skapade "nanomotorer" för att avslöja ett effektivt sätt att förflytta sig mot strömmar. Den nya forskningen utökar dessa fynd genom att avslöja hur tunga föremål kan röra sig uppför brant lutande ytor, erbjuder löften om ännu mer sofistikerade manövrar.
"Nu när dessa mikrosimmare kan klättra uppför mycket branta sluttningar mot gravitationen, vi kan se fram emot att utveckla ännu svårare uppdrag, " observerar Zhang. "Framtid, avancerade motorer kommer att utformas för att nå utvalda platser och för att utföra utsedda funktioner."
