Гидродинамическая спин-орбитальная связь в асинхронных микророторах с оптическим приводом
Группа ученых разработала систему, которая воспроизводит движение естественных явлений, таких как ураганы и водоросли, с помощью лазерных лучей и вращения микроскопических роторов. Прорыв, о котором сообщается в журнале Nature Communications, открывает новые способы воспроизведения живой материи в клеточном масштабе.
Впечатление ИИ от вращающейся по орбите частицы, вращаемой вращающимся световым лучом.
Предоставлено: Матан Ях Бен Цион
«Живые организмы состоят из материалов, которые активно перекачивают энергию через свои молекулы, что приводит к ряду движений в более крупном клеточном масштабе», — объясняет Матан Ях Бен Цион, докторант физического факультета Нью-Йоркского университета во время работы и один из авторов статьи. «Разрабатывая машины клеточного масштаба с нуля, наша работа может предложить новое понимание сложности мира природы».
Центр исследований сосредоточен на вихревых потоках, которые возникают как в биологических, так и в метеорологических системах, таких как водоросли или ураганы. В частности, частицы движутся по орбите в потоке, создаваемом их собственным вращением, что приводит к ряду сложных взаимодействий.
Чтобы лучше понять эту динамику, авторы статьи, в число которых также входили Элвин Модин, студент Нью-Йоркского университета во время исследования, а ныне докторант Университета Джона Хопкинса, и Пол Чайкин, профессор физики Нью-Йоркского университета, попытались воспроизвести их в своей работе. Для этого они создали крошечные микророторы — примерно 1/10 ширины пряди человеческого волоса — для перемещения микрочастиц с помощью лазерного луча (Чайкин и его коллеги разработали этот процесс в предыдущей работе).
Исследователи обнаружили, что вращающиеся частицы взаимно влияют друг на друга, вызывая орбитальное движение, с поразительным сходством с динамикой, наблюдаемой другими учеными в «танцующих» водорослях — группах водорослей, которые движутся согласованно друг с другом.
Кроме того, команда Нью-Йоркского университета обнаружила, что спины частиц совершают возвратно-поступательное движение по мере того, как частицы вращаются вокруг своей оси.
«Спины синтетических частиц совершают возвратно-поступательное движение таким же образом, как и у водорослей — в отличие от предыдущей работы с искусственными микророторами», — объясняет Бен Цион, нынешний исследователь в Тель-Авивском университете. «Таким образом, мы смогли воспроизвести синтетически — и в микронном масштабе — эффект, наблюдаемый в живых системах».
«В совокупности эти результаты показывают, что танец водорослей можно воспроизвести в синтетической системе, что поможет лучше понять наше понимание живой материи», — добавляет он.
