Tutkijat keksivät, miten jäljitellä veden ja tuulen tapaa siirtää materiaaleja
Luonnosta löytyy muodostelmia, jotka säännöllisyydessään näyttävät jonkun suunnittelemilta: tähden mallisia dyynejä tai kaaren muotoon taipuneita kiviä. Vaikka luonnonvoimat ovat sattumanvaraisia ja tuulet tulevat eri suunnista, pitkän ajan kuluessa tietty energiakenttien yhdistelmä voi synnyttää ainutlaatuisia muodostelmia.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet jäljittelemään luonnon prosessia ja siirtämään hiukkasia haluttuun muotoon tärinälevyn avulla. Hiukkaset ohjattiin alkuperäisistä hajanaisista yhdistelmistä kohti muutamaa kirjainmuodostelmaa. Tulokset julkaistiin 22 syyskuuta 2021 arvostetussa Science Advances -lehdessä.
Normaalisti tietynmallisen tuotteen valmistukseen tarvitaan muottia tai taitavia käsipareja.
”Me hyödynsimme piilevyn tärinän synnyttämiä epälineaarisia energiakenttiä, joita ohjasimme kameran ja älykkään algoritmin avulla niin, että levyn päällä olevat hiukkaset tärisivät haluttuun muotoon”, sanoo professori Quan Zhou.
”Määritimme hiukkasten sijainnin kameran avulla, ja älykäs algoritmi valitsi pienelle piilevylle sopivimman tärinätaajuuden hiukkasten liikuttamiseksi. Hiukkaset kulkevat levyllä levyn tärinätaajuudesta riippuen tiettyyn suuntaan, ja liikesuunnat ovat myös hyvin erilaisia levyn eri osissa tietyllä taajuudella”, Zhou jatkaa.
Tutkijat yllättyivät siitä, miten hyvin älykäs algoritmi osasi ennustaa hiukkasten liikkeen levyllä eri taajuuksilla. Näin ero halutun muodon ja hiukkasten jakauman välillä voidaan minimoida.
”Hiukkasten liikkuminen vastaa luonnossa tapahtuvaa ilmiötä, jossa luonto muovaa muotojaan tuulen ja veden voimalla. Menetelmä toimii sekä suuressa että pienessä mittakaavassa, mikä lisää sen sovellusmahdollisuuksia tulevaisuudessa”, tohtorikoulutettava Artur Kopitca sanoo.
Tutkijoiden mukaan luonnon inspiroimaa metodia voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa lääke- ja biotieteiden tutkimuksessa sekä valmistusmenetelmänä teollisuudessa.
Ensin pitää kuitenkin ratkaista, miten suuri määrä hiukkasia on hallittavissa ja miten prosessia voi yhdistää muihin järjestelmiin, joilla on samankaltaisia dynaamisia ominaisuuksia, kuten turbulentteja virtauksia.
Professori Quan Zhoun tutkimusryhmä on aiemmin tutkinut tärylevyn ominaisuuksia, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun he ovat luoneet muotoja mukaillen luonnossa tapahtuvaa ilmiötä.
Open Access -artikkeli on luettavissa verkossa.
Katso video, kuinka hiukkaset liikkuvat tärinälevyllä.
Lisätietoa:
Professori Quan Zhou (englanniksi)
Aalto-yliopisto
[email protected]
040 855 0311
Tohtorikoulutettava
Artur Kopitca (suomeksi ja englanniksi)
Aalto-yliopisto
[email protected]
044 948 8731
Lue lisää uutisia
Tutkimus: Matalan hierarkian organisaatioissa isoja periaatekysymyksiäkin ratkotaan porukalla Slackissa
Aalto-yliopiston alumni, vieraileva tutkijatohtori Lauri Pietinalho New Yorkin yliopiston Sternin kauppakorkeakoulusta ja Aalto-yliopiston apulaisprofessori Frank Martela selvittivät tuoreessa tutkimuksessa, miten matalan hierarkian organisaatiot käsittelevät yhteisiä toimintaperiaatteita vastakkainasettelutilanteissa ja miten auktoriteetti niissä toimii.
Fyysikot saivat bakteerit uimaan lähes täydellisissä riveissä
Bakteerien ohjaaminen onnistui magneettikentän avulla. Löytö auttaa ymmärtämään bakteeripopulaatioiden käyttäytymistä ja voi jatkossa auttaa esimerkiksi kehittämään uuden sukupolven materiaaleja, joista kaavaillaan apua muun muassa lääkkeiden kohdennettuun kuljettamiseen kehon sisällä.
Tutkijat loivat ainutlaatuisen ennustemallin kuvaamaan pandemian leviämistä maiden rajojen yli
Pohjoismainen yhteishanke pureutui koronaviruksen leviämiseen vuonna 2020. Tutkimuksen avulla voidaan jatkossa ennakoida paremmin, milloin ja mitkä matkustusrajoitukset ovat pandemiaolosuhteissa tarkoituksenmukaisia.