Новости химической науки > Набухай и катись вверх по склону

Изучив причины, заставляющие каплю воды подниматься вверх по склону, исследователи из Индии разработали методику, позволяющую полимерному цилиндру не только самостоятельно подниматься вверх по наклонной плоскости, но и переносить при этом полезную нагрузку.

Существует немалое количество подходов к созданию движущихся систем, не имеющих конечностей, но они основаны на том, что поступательное перемещение объекта происходит благодаря применению механических или химических импульсов. Исследователи из Индийского Технологического Института взяли на вооружение другой подход – качение.

Последовательность фотографий, сделанных в 0, 1.43 и 2.87 секунд (сверху вниз), фиксирующих то, как полимерный цилиндр массой 4 миллиграмма перемещается вверх по наклонной плоскости, перемещая на себе винт массой 18 миллиграмм. (Рисунок из Soft Matter, 2012, DOI: 10.1039/c2sm07282c)

Для того чтобы заставить цилиндр двигаться вперед и вверх по наклонной плоскости, исследователи из группы Анимангсу Гатака (Animangsu Ghatak) решили эксплуатировать то обстоятельство, что цилиндр из эластомера будет набухать в органическом растворителе, при этом степень набухания будет максимальна в месте контакта цилиндра с растворителем. Это приводит к смещению центра масс цилиндра вперед, в результате цилиндр поворачивается. В результате поворота насыщенная растворителем часть цилиндра вступает в контакт с воздухом, и растворитель испаряется, сухая часть цилиндра приходит в контакт с растворителем, набухает, центр тяжести снова смещается и поворот продолжается. Именно этот механизм набухания полимера – высвобождения растворителя и приводит к возможности автономного перемещения цилиндра. Движение продолжается до тех пор, пока имеется растворитель, в котором полимерный цилиндр может набухать.

Гатак поясняет, что одним из необычных моментов в новой системе движения является то, что сила тяготения может увеличить эффект асимметрического смещения центра тяжести и, в результате, увеличить скорость поступательного перемещения цилиндра. Увеличение угла уклона приводит к тому, что растворитель в большей степени собирается сзади от катящегося цилиндра, чем спереди. В результате этого увеличение асимметричного положения центра тяжести увеличивается, и цилиндр оказывается способным не только подниматься вверх по наклонной поверхности, но и нести на себе дополнительный вес.

Марк Геогеган (Mark Geoghegan) из Университета Шеффилда отмечает, что хотя предложенная исследователями из Индии система и не может быть масштабирована до макроуровня, следует помнить, что область исследований процессов, способных использоваться в автономном перемещении, сравнительно молода. Он добавляет, что разработка способов автономного движения представляет собой весьма интересную область исследований, настоящие плоды которой можно будет пожинать лишь спустя некоторое время, в будущем.

Между тем, и Геогеган и Гатак заявляют, что могут обозначить и области, в которых новая методика может найти применение немедленно – это могут быть сенсорные системы или мягкие детали для робототехники.

Источник: Soft Matter, 2012, DOI: 10.1039/c2sm07282c

метки статьи: #физическая химия, #химическая технология, #химия поверхности, #химия полимеров