Intrikata naturliga formationer som stjärnformade sanddyner eller bågformade stenar kan verka så målmedvetna i formen att det är lätt att undra om någon har designat dem. Forskare har länge insett att en särskild kombination av slumpmässiga och kaotiska energifält kan, under en lång period, ge upphov till denna typ av unika formationer som prickar vår jordklot. Få, dock, har lyckats replikera dessa naturfenomen.

Forskare vid Finlands Aalto -universitet har nu hittat ett sätt att efterlikna de naturliga processerna som skapar komplexa former och landskap med hjälp av en vibrerande platta och resulterande energifält. Resultaten publiceras den 22 september 2021 i Vetenskapliga framsteg .

För att skapa effekten, laget fördelade upp till 100 partiklar av små metallbollar - som de som vanligtvis används vid lödning - på en kiselplatta som mäter 5x5 cm. En kamera och smart algoritm gjorde att laget kunde spåra och manipulera partiklarna till önskade former, som bokstäver i alfabetet, när plattan vibrerade, skapa olinjära energifält.

"Vi använde kameran för att bestämma partiklarnas placering, och algoritmen valde den lämpligaste vibrationsfrekvensen för att flytta partiklarna i önskad riktning. Partiklarna rör sig över plattan i en viss riktning beroende på vibrationsfrekvensen, och samma frekvens kan orsaka mycket olika rörelseriktningar i olika delar av plattan, "förklarar professor Quan Zhou, som leder forskargruppen bakom resultaten.

Forskarna blev förvånade över hur väl den smarta algoritmen kunde förutsäga partiklarnas rörelse vid olika frekvenser, trots komplexiteten i deras rörelse. Algoritmen minimerade effektivt skillnaden mellan målformen och den faktiska partikelfördelningen på plattan.

"Partikelvärmens rörelse liknar naturfenomen där naturmaterial formas av vindens och vattnets kraft. Metoden bör fungera i både mindre och större skalor, och kan ha många framtida applikationer där det är svårt att använda händer eller verktyg, "säger doktorand Artur Kopitca.

Vanligtvis, för att tillverka en produkt med en viss form krävs en form eller ett par skickliga händer. Forskarna tror att deras metod inspirerad av naturen kan användas för att sortera celler inom medicinsk och biovetenskaplig forskning eller som en industriell produktionsmetod.

En nyckelfråga som fortfarande är öppen, dock, är hur många partiklar som kan kontrolleras och hur processen kan integreras med andra system som har liknande dynamiska egenskaper, som turbulenta flöden.

Professor Zhous forskargrupp har tidigare studerat egenskaperna hos vibrerande plattor och hur de kan användas för att leda partiklar längs en viss väg eller mot en slutdestination. Detta är första gången som de har försökt skapa former genom att efterlikna naturfenomen.