Een baanbrekend nieuw principe – Koreaanse onderzoekers hebben een revolutionair fenomeen ontdekt in vloeibare kristallen

Onderzoekers hebben ontdekt dat objecten gerichte beweging binnen een vloeibaar kristal kunnen bereiken door periodiek hun afmetingen te veranderen, wat de weg vrijmaakt voor vooruitgang in de microrobotica.

Een onderzoeksgroep van het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), geleid door professor Junwoo Jeong van het departement Natuurkunde, ontdekte onlangs een baanbrekend bewegingsprincipe op microscopisch niveau. Hun bevindingen laten zien dat objecten gerichte beweging kunnen bereiken door eenvoudigweg periodiek hun afmetingen te veranderen binnen een vloeibaar kristallijn medium. Deze innovatieve ontdekking heeft een groot potentieel voor veel onderzoeksgebieden en zou in de toekomst kunnen leiden tot de ontwikkeling van miniatuurrobots.

In hun onderzoek heeft het team waargenomen dat luchtbellen in een vloeibaar kristal in één richting kunnen bewegen door periodiek hun grootte te veranderen, in tegenstelling tot de symmetrische groei of krimp die doorgaans wordt waargenomen bij luchtbellen in andere media. Door luchtbellen, qua grootte vergelijkbaar met een mensenhaar, in het vloeibare kristal te introduceren en de druk te manipuleren, konden de onderzoekers dit ongebruikelijke fenomeen aantonen.

Van links: Sung-Joo Kim, professor Junwoo Jeong en onderzoeksprofessor Eugene Ohm. Krediet: Unest

De sleutel tot dit fenomeen ligt in het ontstaan ​​van fasedefecten binnen de vloeibare kristalstructuur naast luchtbellen. Deze defecten verstoren de symmetrische aard van de bellen, waardoor ze ondanks hun symmetrische vorm een ​​unidirectionele kracht kunnen ervaren. Terwijl luchtbellen in volume fluctueren en het vloeibare kristal eromheen duwen en trekken, worden ze in een vaste richting geduwd, wat de wetten van de conventionele natuurkunde tart.

“Deze baanbrekende observatie demonstreert het vermogen van symmetrische objecten om gerichte beweging te vertonen door middel van symmetrische bewegingen, een ongekend fenomeen”, zegt Sung-Ju Kim, eerste auteur van het onderzoek. Het benadrukte ook het potentieel om dit principe toe te passen op een breed scala aan complexe vloeistoffen, anders dan vloeibare kristallen.

Verspreide pulserende bellen in NLC. Krediet: Unest

Professor Jeong merkte op: “Dit interessante resultaat onderstreept het belang van het doorbreken van de symmetrie in tijd en ruimte bij het aansturen van de voortbeweging op microscopisch niveau. Bovendien is het een goed voorteken voor het bevorderen van onderzoek naar de ontwikkeling van microscopische robots.”

Referentie: “Pulserende bellen zweven symmetrisch in een anisotrope vloeistof door nematische dynamiek” door Sung-Joo Kim, Zija Kuss, Eugene Ohm en Jun-Woo Jeong, 9 februari 2024, Natuurcommunicatie.
doi: 10.1038/s41467-024-45597-1

Dit onderzoek werd ondersteund door de National Research Foundation of Korea (NRF), het Institute of Basic Sciences (IBS) en het Sloveense Onderzoeksbureau (ARRS).