Forscher haben herausgefunden, dass Objekte in einem Flüssigkristall eine gerichtete Bewegung erreichen können, indem sie ihre Größe periodisch ändern, was möglicherweise den Weg für Fortschritte in der Mikrorobotik ebnet.
Eine Forschungsgruppe des Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) unter der Leitung von Professor Jonwoo Jeong vom Fachbereich Physik hat kürzlich ein bahnbrechendes Bewegungsprinzip auf mikroskopischer Ebene entdeckt. Ihre Ergebnisse zeigen, dass Objekte eine gerichtete Bewegung erreichen können, indem sie einfach ihre Größe in einem Flüssigkristallmedium periodisch ändern. Diese innovative Entdeckung birgt großes Potenzial für zahlreiche Forschungsfelder und könnte in Zukunft zur Entwicklung von Miniaturrobotern führen.
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.
Von links sind Sung-Jo Kim, Professor Joonwoo Jeong und Forschungsprofessor Eujin Um. Bildnachweis: UNIST
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.
Pulsierende Blasen, verteilt im NLC. Bildnachweis: UNIST
Professor Jeong kommentierte: „Dieses faszinierende Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der zeitlichen und räumlichen Symmetriebrechung für die Antriebsbewegung auf mikroskopischer Ebene.“ Darüber hinaus verspricht es, die Forschung zur Entwicklung mikroskopischer Roboter voranzutreiben.“
Referenz: „Symmetrisch pulsierende Blasen schwimmen in einer anisotropen Flüssigkeit durch Nematodynamik“ von Sung-Jo Kim, Žiga Kos, Eujin Um und Joonwoo Jeong, 9. Februar 2024, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038/s41467-024-45597-1
Diese Forschung wurde von der National Research Foundation of Korea (NRF), dem Institute of Basic Science (IBS) und der Slowenischen Forschungsagentur (ARRS) unterstützt.