Forscher haben herausgefunden, dass Objekte innerhalb eines Flüssigkristalls eine gerichtete Bewegung erreichen können, indem sie ihre Größe periodisch ändern, was den Weg für Fortschritte in der Mikrorobotik ebnet.
Eine Forschungsgruppe des Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) unter der Leitung von Professor Junwoo 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 flüssigkristallinen Medium periodisch ändern. Diese innovative Entdeckung birgt großes Potenzial für viele Forschungsbereiche und könnte in Zukunft zur Entwicklung von Miniaturrobotern führen.
Bei ihrer Forschung beobachtete das Team, dass sich Luftblasen in einem Flüssigkristall in eine Richtung bewegen können, indem sie ihre Größe periodisch ändern, im Gegensatz zum symmetrischen Wachstum oder Schrumpfen, 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 ungewöhnliche Phänomen nachweisen.
Von links: Sung-Joo Kim, Professor Junwoo Jeong und Forschungsprofessor Eugene Ohm. Bildnachweis: Unest
Der Schlüssel zu diesem Phänomen liegt in der Entstehung von Phasendefekten innerhalb der Flüssigkristallstruktur neben Luftblasen. Diese Defekte stören die symmetrische Natur der Blasen und ermöglichen es ihnen, trotz ihrer symmetrischen Form einer unidirektionalen Kraft ausgesetzt zu sein. Da das Volumen von Luftblasen schwankt und sie den sie umgebenden Flüssigkristall drücken und ziehen, werden sie in eine feste Richtung gedrückt, was den Gesetzen der konventionellen Physik widerspricht.
„Diese bahnbrechende Beobachtung zeigt die Fähigkeit symmetrischer Objekte, durch symmetrische Bewegungen eine gerichtete Bewegung zu zeigen, ein beispielloses Phänomen“, sagte Sung-Ju Kim, Erstautor der Studie. Es wurde auch das Potenzial hervorgehoben, dieses Prinzip auf eine Vielzahl komplexer Flüssigkeiten außer Flüssigkristallen anzuwenden.
Vereinzelte pulsierende Blasen im NLC. Bildnachweis: Unest
Professor Jeong kommentierte: „Dieses interessante Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der Symmetriebrechung in Zeit und Raum für die Fortbewegung auf mikroskopischer Ebene. Darüber hinaus ist es ein gutes Zeichen für die Förderung der Forschung bei der Entwicklung mikroskopischer Roboter.“
Referenz: „Pulsierende Blasen schweben durch nematische Dynamik symmetrisch in einer anisotropen Flüssigkeit“ von Sung-Joo Kim, Zija Kuss, Eugene Ohm und Jun-Woo 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 Sciences (IBS) und der Slowenischen Forschungsagentur (ARRS) unterstützt.
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