Ein mit UNIST verbundenes Forschungsteam hat zum ersten Mal ein neues Bewegungsprinzip in der Mikrowelt enthüllt, bei dem sich Objekte gezielt bewegen können, indem sie einfach ihre Größe periodisch in einer Substanz namens Flüssigkristall ändern.
Unter der Leitung von Professor Jonwoo Jeong und seinem Forschungsteam in der Abteilung für Physik der UNIST dürfte diese Entdeckung weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Forschungsbereiche haben, einschließlich der möglichen zukünftigen Entwicklung von Miniaturrobotern. Das Papier ist veröffentlicht im Tagebuch Naturkommunikation.
Bei ihrer Forschung beobachtete das Team, dass sich Luftblasen im Flüssigkristall in eine Richtung bewegen können, indem sie ihre Größe periodisch ändern, im Gegensatz zu dem symmetrischen Wachstum oder der Kontraktion, das typischerweise bei Luftblasen in anderen Medien beobachtet wird. Indem sie Luftblasen in der Größe eines menschlichen Haares in den Flüssigkristall einführten und den Druck manipulierten, konnten die Forscher dieses außergewöhnliche Phänomen nachweisen.
Der Schlüssel zu diesem Phänomen liegt in der Entstehung von Phasendefekten innerhalb der Flüssigkristallstruktur neben den Luftblasen. Diese Defekte stören die symmetrische Natur der Blasen und ermöglichen es ihnen, trotz ihrer symmetrischen Form einer unidirektionalen Kraft ausgesetzt zu sein. Da die Größe der Luftblasen schwankt und sie den umgebenden Flüssigkristall drücken und ziehen, werden sie in eine einheitliche Richtung getrieben, was den konventionellen Gesetzen der Physik widerspricht.
Sung-Jo Kim, der Erstautor der Studie, bemerkte: „Diese bahnbrechende Beobachtung zeigt die Fähigkeit symmetrischer Objekte, durch symmetrische Bewegungen gerichtete Bewegung zu zeigen, ein Phänomen, das bisher nicht beobachtet wurde.“ Er betonte außerdem die potenzielle Anwendbarkeit dieses Prinzips auf ein breites Spektrum komplexer Flüssigkeiten über Flüssigkristalle hinaus.
Professor Jeong kommentierte: „Dieses faszinierende Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der zeitlichen und räumlichen Symmetriebrechung für die Antriebsbewegung auf mikroskopischer Ebene. Darüber hinaus ist es vielversprechend für die Weiterentwicklung der Forschung bei der Entwicklung mikroskopischer Roboter.“
Mehr Informationen:
Sung-Jo Kim et al., Symmetrisch pulsierende Blasen schwimmen in einer anisotropen Flüssigkeit durch Nematodynamik, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-45597-1