Вода крутит микродетали без электричества и химии
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Вода способна вращать крошечные объекты без электричества, магнитов и химикатов. Команда из Технологического института Карлсруэ (KIT) и Сучжоуского института нанотехнологий (SINANO) при Китайской академии наук продемонстрировала, что поток на поверхности воды сам по себе заставляет плавающий предмет вращаться в заданном направлении. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Об этом пишет издание Phys.org.
В основе устройства — 3D-печатный компонент со спиральным каналом. Он удерживает крошечный объект на поверхности воды, не касаясь его. При медленных движениях вверх-вниз объект просто колеблется, не вращаясь. Но при увеличении скорости возникают маленькие вихри, которые нарушают симметрию, и объект начинает вращаться в одну сторону — как храповик, постепенно накапливая обороты.
Ученые визуализировали процесс с помощью симуляции. «В симуляции мы точно проследили, как поток нарушает симметрию движения на высоких скоростях. Именно это нарушение симметрии превращает возвратно-поступательное движение в направленное вращение», — объяснил профессор Йонгбо Денг из IMT.
Крутящий момент такого «мотора» составляет около 10⁻⁸ ньютон-метров — намного меньше, чем у электрического двигателя, но значительно больше, чем у биологических моторов. С помощью этого метода исследователи собрали шелковые волокна диаметром от 10 до 20 микрометров в многослойные скрученные пучки. Такие структуры характерны для литцендрата (высокочастотных проводов) и хирургических шовных материалов.
Потенциальные применения — низкоомные кабели для центров обработки данных, многофункциональные шовные материалы и искусственные мышцы. Обычные машины для оплетки не работают на таком масштабе, потому что волокна рвутся под натяжением. Новый подход не требует механического контакта и открывает инновационный способ контролируемого изготовления спиральных структур.
