En bläckdroppe faller från spetsen av en pensel som hänger i luften och rör vid en målad yta och blommar ut till ett mästerverk av ständigt föränderlig skönhet. Den väver en gobeläng av invecklade, utvecklande mönster. Vissa av dem liknar förgrenade snöflingor, åskbultar eller nervceller, som viskar det unika uttrycket av konstnärens vision.
Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) forskare satte sig för att analysera de fysiska principerna för denna fascinerande teknik, känd som dendritisk målning. De hämtade inspiration från den japanska mediakonstnären Akiko Nakayamas konstverk. Verket publiceras i tidskriften PNAS Nexus .
Under sina målaruppträdanden applicerar hon färgglada droppar av akrylbläck blandat med alkohol ovanpå en plan yta belagd med ett lager akrylfärg. Vackra fraktaler – trädliknande geometriska former som upprepas i olika skalor och ofta finns i naturen – dyker upp inför publikens ögon. Detta är en fängslande konstform som drivs av kreativitet, men också av vätskedynamikens fysik.
"Jag har en djup beundran för forskare, som Ukichiro Nakaya och Torahiko Terada, som gjort anmärkningsvärda bidrag till både vetenskap och konst. Jag var mycket glad över att bli kontaktad av OIST-fysikern Chan San To. Jag är avundsjuk på hans förmåga att föra dialog ' med de dendritiska mönstren, att observera hur de ändrar form som svar på olika tillvägagångssätt att höra denna hemliga konversation, förklarar Nakayama.
"Målare har ofta använt vätskemekanik för att skapa unika kompositioner. Vi har sett det med David Alfaro Siqueiros, Jackson Pollock och Naoko Tosa, bara för att nämna några. I vårt laboratorium reproducerar och studerar vi konstnärliga tekniker för att förstå hur egenskaperna är. av vätskorna påverkar det slutliga resultatet", säger OIST-professor Eliot Fried vid OIST:s Mechanics and Materials Unit, som gillar att titta på dendritiska målningar från konstnärliga och vetenskapliga vinklar.
I dendritisk målning upplever dropparna gjorda av bläck och alkohol olika krafter. En av dem är ytspänningen – kraften som gör regndroppar sfäriska till formen och låter löv flyta på ytan av en damm.
Speciellt eftersom alkohol avdunstar snabbare än vatten, förändrar det ytspänningen på droppen. Vätskemolekyler tenderar att dras mot droppkanten, som har högre ytspänning jämfört med dess centrum. Detta kallas Marangoni-effekten och är samma fenomen som är ansvarigt för bildandet av vintårar – de droppar eller ränder av vin som bildas på insidan av ett vinglas efter att ha snurrat eller lutat.
För det andra spelar det underliggande färgskiktet också en viktig roll i denna konstnärliga teknik. Dr Chan testade olika typer av vätskor. För att fraktaler ska komma fram måste vätskan vara en vätska som minskar i viskositet under skjuvbelastning, vilket innebär att den måste bete sig ungefär som ketchup.
Det är allmänt känt att det är svårt att få ut ketchup ur flaskan om du inte skakar den. Detta beror på att ketchupens viskositet ändras beroende på skjuvbelastning. När du skakar flaskan blir ketchupen mindre trögflytande, vilket gör det lättare att hälla den på din maträtt. Hur appliceras detta på dendritisk målning?
"I dendritisk målning skär den expanderande bläckdroppen det underliggande akrylfärgskiktet. Det är inte lika starkt som skakningen av en ketchupflaska, men det är fortfarande en form av skjuvbelastning. Precis som med ketchup, ju mer stress det är, lättare är det för bläckdropparna att flöda", förklarar Dr. Chan.
"Vi visade också att fysiken bakom denna dendritiska målningsteknik liknar hur vätska färdas i ett poröst medium, till exempel jord. Om du skulle titta på blandningen av akrylfärg under mikroskopet skulle du se ett nätverk av mikroskopiska strukturer gjorda av polymermolekyler och pigment Bläckdroppen tenderar att hitta sin väg genom detta underliggande nätverk, färdas genom banor med minsta motstånd, som leder till det dendritiska mönstret, tillägger Prof. Fried.
Varje dendritisk tryckning är unik, men det finns minst två nyckelaspekter som konstnärer kan ta hänsyn till för att kontrollera resultatet av dendritisk målning. Den första och viktigaste faktorn är tjockleken på färgskiktet som sprids på ytan. Dr. Chan observerade att välförfinade fraktaler visas med färgskikt som är tunnare än en halv millimeter.
Den andra faktorn att experimentera med är koncentrationen av utspädningsmedium och färg i detta färgskikt. Dr Chan fick de mest detaljerade fraktalerna med tre delar utspädningsmedium och en del färg, eller två delar utspädningsmedium och en del färg. Om koncentrationen av färg är högre kan droppen inte spridas bra. Omvänt, om koncentrationen av färg är lägre, kommer suddiga kanter att bildas.
Detta är inte det första vetenskap-möter-konst-projektet som medlemmar i Mekanik- och materialenheten har gett sig in på. Till exempel designade och installerade de en mobil skulptur på OIST campus. Skulpturen exemplifierar en familj av mekaniska anordningar, kallade Möbius kaleidocycles, uppfunna i enheten, som kan ge riktlinjer för att designa kemiska föreningar med nya elektroniska egenskaper.
För närvarande utvecklar Dr. Chan också nya metoder för att analysera hur komplexiteten hos en skiss eller målning utvecklas under dess skapelse. Han och Prof. Fried är optimistiska att dessa metoder kan användas för att avslöja dolda strukturer i experimentellt fångade eller numeriskt genererade bilder av strömmande vätskor.
"Varför ska vi begränsa vetenskapen till bara tekniska framsteg?" undrar Dr Chan. "Jag gillar att utforska dess potential att driva konstnärlig innovation också. Jag gör digital konst, men jag beundrar verkligen traditionella konstnärer. Jag inbjuder dem uppriktigt att experimentera med olika material och kontakta oss om de är intresserade av att samarbeta och utforska fysiken gömda i deras konstverk."
Alla kan ha kul att skapa dendritiska målningar. Materialen som behövs är en icke-absorberande yta (glas, syntetiskt papper, keramik, etc.), en borste, en hårborste, gnidningssprit (isopropylalkohol), akrylbläck, akrylfärg och hällmedium.
Mer information: San To Chan et al, Marangoni som sprider sig på flytande substrat i ny mediekonst, PNAS Nexus (2024). DOI:10.1093/pnasnexus/pgae059
Journalinformation: PNAS Nexus
Tillhandahålls av Okinawa Institute of Science and Technology
