Управляемые электрическим полем микрочастицы помогут создать мельчайших роботов
Одним из способов создания этой так называемой «активной материи» является воздействие на диэлектрические частицы в жидкости сильного электрического поля, которое заставляет их самопроизвольно вращаться. Динамика этой системы до сих пор была плохо изучена. Теперь исследователи из Колумбийского университета экспериментально наблюдали, как диэлектрические частицы, взвешенные в жидкости над плоским электродом, будут колебаться определенным образом, который не описывается существующими физическими моделями.
В своем эксперименте команда диспергировала пластиковые сферы диаметром от 1 до 50 микрометров в слабопроводящем углеводородном растворе, содержащем поверхностно-активное вещество. Авторы поместили часть раствора между двумя кусочками проводящего стекла и наблюдали за происходящим при помощи микроскопа.
Ученые заметили, что некоторые сферы начинают вращаться, как мяч для гольфа, когда электрическое поле превышает критическую величину, зависящую от вязкости жидкости и поляризуемости сферы. Это движение происходило из-за несимметричного распределения заряда по сфере. Увеличив поле еще сильнее, команда заметила, что другие сферы начали колебаться как маятники.
Моделируя систему, исследователи показали, что колебания начинаются, когда так называемый пограничный слой вокруг сферы — слой жидкости, в котором баланс ионов и их движение отличаются от объемной части, — имеет толщину, равную радиусу сферы. Для больших сфер этот слой становится слишком тонким, чтобы частицы могли совершать колебания.
Статья исследователей опубликована в журнале Physical Review Letters.
Управляя напряженность электрического поля, можно заставлять плавающие в жидкости микрочастицы колебаться и двигаться в определенных направлениях. Это может проложить путь к созданию нового типа роботов