a) Itsepropelloituvan kuplan sekvenssi värisevässä nestehuoneessa, joka heiluu laukkaavan muodon mukaan (lisäelokuva 1).
b) Suora liike, jota rajoittavat huoneen seinät.
c) Amplitudin A lisääntyminen, joka aiheuttaa orbitaalisen reitin.
d) Epäsäännöllinen, suurta amplitudia omaava reitti, joka muistuttaa run-and-tumble-liikettä (lisäelokuva 2).
e) Vaihekartta f = 40 Hz, joka näyttää kiihtyvyyden ja tilavuuden vaikutuksen kuplien dynamiikkaan.
b) Suora liike, jota rajoittavat huoneen seinät.
c) Amplitudin A lisääntyminen, joka aiheuttaa orbitaalisen reitin.
d) Epäsäännöllinen, suurta amplitudia omaava reitti, joka muistuttaa run-and-tumble-liikettä (lisäelokuva 2).
e) Vaihekartta f = 40 Hz, joka näyttää kiihtyvyyden ja tilavuuden vaikutuksen kuplien dynamiikkaan.
Tässä tutkimuksessa, joka on julkaistu Nature Communications -lehdessä, paljastuu, että kuplat voivat omaksua rytmisen ja suuntaavan liikkeen hallittujen värähtelyjen vaikutuksesta. Tämä havainto ei ole vain anekdoottinen, vaan sillä voi olla vaikutuksia alueilla, kuten mikroprosessorien jäähdytys, pintojen puhdistus tai jopa avaruusteknologiat.
Vastoin intuitiota oleva ilmiö
Tutkimusryhmä havaitsi, että pystysuorille tärinöille altistuneet kuplat liikkuvat spontaanisti vaakasuunnassa. Tämä käyttäytyminen, joka on vastoin fysiikan intuitiota, johtuu nesteinstabiliteetista, joka muuttaa värähtelyt suuntaavaksi liikkeeksi.Säätämällä tärinöiden taajuutta ja amplitudia tutkijat havaitsivat, että kuplat voivat omaksua erilaisia liikemalleja: suoria, pyöreitä tai jopa kaaottisia reittejä. Nämä vaihtelut muistuttavat joidenkin bakteerien havaittuja ravinnonhaku strategioita.
Tämä löytö tarjoaa ainutlaatuisen tavan hallita kuplien liikettä, ongelma, joka on ollut vaikea ratkaista. Tutkijat korostavat, että tämä hallinta avaa uusia mahdollisuuksia alueilla, kuten mikrofluidiikassa ja lämmönsiirrossa.
Käytännön sovelluksia ja monimuotoisuutta
Kuplat näyttelevät tärkeää roolia monissa teollisissa ja luonnollisissa prosesseissa, veden käsittelystä ilmaston säätelyyn. Kyky ohjata niiden liikettä voisi siten vaikuttaa merkittävästi useilla aloilla.Avaruudessa, jossa painovoimaa ei ole, kuplien hallinta on olennaista elektronisten laitteiden ylikuumenemisen estämiseksi. Tämä uusi menetelmä mahdollistaa kuplien aktiivisen poistamisen ilman painovoiman apua, mikä on merkittävä edistysaskel avaruusteknologioille.
Laboratoriossa kokeet ovat osoittaneet, että nämä "tanssivat kuplat" voivat puhdistaa pölyisiä pintoja liikkuessaan itsenäisesti. Tätä ominaisuutta voitaisiin hyödyntää innovatiivisten puhdistusjärjestelmien tai kohdennettujen lääkejakelulaitteiden kehittämisessä.
Lisätietoja: Mitä mikrofluidiikka on?
Mikrofluidiikka on tiede, joka tutkii nesteiden käyttäytymistä mikroskooppisella tasolla. Se mahdollistaa erittäin pienten nestemäärien käsittelyn alle millimetrin kokoisissa kanavissa.Tällä alalla on sovelluksia monilla eri alueilla, kuten biologiassa, kemiassa tai lääketieteessä. Esimerkiksi sitä käytetään kehittämään siruja, jotka pystyvät analysoimaan biologisia näytteitä muutamassa minuutissa.
Mikrofluidiikan edistysaskeleet voisivat myös vaikuttaa lääketieteellisiin diagnostiikkaan, mahdollistamalla nopeita ja edullisia analyysejä suoraan potilaan vuoteen äärellä.