Úttörő új elv – Koreai kutatók forradalmi jelenséget fedeztek fel a folyadékkristályokban

A kutatók felfedezték, hogy az objektumok irányított mozgást tudnak elérni a folyadékkristályon belül, ha rendszeres időközönként változtatják méretüket, megnyitva ezzel az utat a mikrorobotika fejlődése előtt.

Az Ulsan Nemzeti Tudományos és Technológiai Intézet (UNIST) kutatócsoportja Junwoo Jeong professzor vezetésével, a Fizikai Tanszék munkatársa által a közelmúltban felfedezte a mikroszkopikus szintű mozgás úttörő elvét. Megállapításaik azt mutatják, hogy az objektumok irányított mozgást tudnak elérni pusztán úgy, hogy a folyadékkristályos közegben rendszeresen változtatják méretüket. Ez az innovatív felfedezés nagy lehetőségeket rejt magában a kutatás számos területén, és a jövőben miniatűr robotok kifejlesztéséhez vezethet.

Kutatásuk során a csapat megfigyelte, hogy a folyadékkristályok belsejében lévő légbuborékok méretük időszakos változtatásával egy irányba mozoghatnak, ellentétben a más közegekben lévő légbuborékokban jellemző szimmetrikus növekedéssel vagy zsugorodással. Az emberi hajhoz hasonló méretű légbuborékok folyadékkristályba juttatásával és a nyomás manipulálásával a kutatóknak sikerült kimutatniuk ezt a szokatlan jelenséget.

Balról: Sung-Joo Kim, Junwoo Jeong professzor és Eugene Ohm kutatóprofesszor. Kredit: Unist

Ennek a jelenségnek a kulcsa a folyadékkristály-szerkezeten belüli fázishibák létrehozásában rejlik a légbuborékok mellett. Ezek a hibák megzavarják a buborékok szimmetrikus természetét, lehetővé téve, hogy szimmetrikus alakjuk ellenére egyirányú erőt tapasztaljanak. Amint a légbuborékok térfogata ingadozva tolja és húzza az őket körülvevő folyadékkristályt, rögzített irányba tolják őket, szembeszegülve a hagyományos fizika törvényeivel.

„Ez az úttörő megfigyelés bizonyítja, hogy a szimmetrikus tárgyak képesek irányított mozgást mutatni szimmetrikus mozgások révén, ami példátlan jelenség” – mondta Sung-Joo Kim, a tanulmány első szerzője. Rávilágított arra is, hogy ez az elv a folyadékkristályokon kívüli összetett folyadékok széles körében is alkalmazható.

Szórt pulzáló buborékok az NLC-ben. Kredit: Unist

Jeong professzor megjegyezte: „Ez az érdekes eredmény rávilágít az idő és tér szimmetriájának megtörésére a mikroszkopikus szintű mozgásban, és jót tesz a mikroszkopikus robotok fejlesztésével kapcsolatos kutatások előmozdításának.

Hivatkozás: „A pulzáló buborékok szimmetrikusan lebegnek egy anizotróp folyadékban nematikus dinamika hatására”, Sung-Joo Kim, Zija Kuss, Eugene Ohm és Jun-Woo Jeong, 2024. február 9. Nature Communications.
doi: 10.1038/s41467-024-45597-1

A kutatást a Koreai Nemzeti Kutatási Alapítvány (NRF), az Institute of Basic Sciences (IBS) és a Szlovén Kutatási Ügynökség (ARRS) támogatta.