Университет Тренто: 50 капель масла с двумя красителями собрались в плот с синим ядром и красным кольцом
В опыте с 50 самодвижущимися каплями масла на воде небольшая разница в красителе изменила поверхностное натяжение и привела к воспроизводимой упорядоченной структуре.
Группа под руководством Университета Тренто сообщила в npj Soft Matter об эксперименте с 50 самодвижущимися каплями масла на поверхности водного раствора. Двадцать пять капель окрасили в красный цвет, 25 — в синий. По данным авторов, эта на вид небольшая химическая разница существенно меняет межфазное натяжение капель и даёт коллективное поведение, качественно отличающееся от поведения однородного набора капель doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗. В работе участвовали Роберто Меникетти и Раффаэлло Потестио, Мартин Ханчик и Сильвия Холлер, первый автор Маттео Сканьдола (Сорбоннский университет) и Ричард Лёффлер (Копенгагенский университет).
Постановка опыта и трекинг
Капли активны: они выделяют вещество, которое заставляет их двигаться самостоятельно, то есть превращают энергию внутреннего химического запаса в движение. Авторы сообщают, что краситель был не только меткой: он слегка изменил поверхность капель и скорость, с которой они расходовали «топливо» doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗.
Исследователи применили специально разработанный конвейер трекинга к трём независимым реализациям системы. Анализ траекторий показал количественно воспроизводимую эволюцию, которая проходит через последовательность качественно различных стадий doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗.
Пять стадий самосборки
По словам авторов, система проходит пять воспроизводимых фаз. В начале капли быстро движутся, сталкиваются и отскакивают друг от друга. По мере расхода топлива первыми замедляются синие капли и начинают слипаться. Красные капли, ещё быстрые и активные, захватывают синие, оттесняют их к центру и удерживают там doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗. Когда топливо заканчивается, активность прекращается.
Итоговое состояние — неподвижный «плот»: ядро из синих капель, окружённое внешним кольцом из красных. Авторы утверждают, что при одинаковой активности капли перемешались бы случайно и концентрическая структура не возникла бы doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗.
Заметной особенностью системы они называют сочетание высокой чувствительности к минимальной физико-химической неоднородности и строгой воспроизводимости на макроуровне doi.org
npj Soft Matterdoi.orgОткрыть источник ↗.
Заявленные цели авторов
Группа относит работу к области биоинспирированных систем. По их словам, результаты дают способ направлять автономную сборку материи, воздействуя на скорость и активность её элементов, без электронных частей и физических датчиков. В качестве возможных направлений авторы называют адаптивные и самособирающиеся материалы, а также жидкостные роботизированные устройства.
