StiintaAnaliza tehnica

Sfidând simetria: Cum forțele nereciproce creează materie activă sintetică

Publicat
RRedactia ElectricBuzz
Sfidând simetria: Cum forțele nereciproce creează materie activă sintetică
3 min de citit483 cuvinteRedactia ElectricBuzz

Pe scurt

“Fizicienii au descoperit că, prin valorificarea interacțiunilor asimetrice dintre particule, pot crea sisteme sintetice care se mișcă și se reorganizează fără a avea nevoie de un sistem propriu de propulsie.”

Înțelegerea interacțiunilor nereciproce

În fizica clasică, principiul acțiunii și reacțiunii al lui Newton guvernează modul în care obiectele interacționează. Totuși, cercetătorii de la Tokyo University of Science au demonstrat că, atunci când această simetrie este încălcată la nivel microscopic, apar fenomene noi remarcabile. Prin crearea unor sisteme în care o particulă influențează o alta mai puternic decât este ea însăși influențată, echipa a descoperit o nouă metodă de proiectare a materiei active care rămâne într-o mișcare dinamică constantă, în loc să se stabilizeze într-o stare statică, agregată.

Coordonați de Yutaka Sumino și Kiwamu Yoshii, cercetătorii s-au concentrat pe particule coloidale suspendate într-un mediu apos. Prin amestecarea unor particule de polistiren de două dimensiuni distincte (1 µm și 1,5 µm) și supunerea lor la un câmp electric alternativ, echipa a indus fluxuri electrohidrodinamice. Deoarece intensitatea fluxului variază în funcție de dimensiunea particulelor, cele mari exercită o forță de atracție semnificativ mai puternică asupra celor mici decât invers. Aceasta distruge simetria acțiune-reacțiune, creând un sistem nereciproc în care particulele interacționează asimetric.

Apariția structurilor autopropulsate

Cel mai frapant rezultat al acestui dezechilibru este apariția spontană a mobilității din componente statice. Individual, aceste particule coloidale nu sunt autopropulsate. Totuși, atunci când o particulă mare și una mică interacționează, ele formează o pereche asimetrică cu un „cap” și o „coadă” distincte. Aceste asocieri funcționează ca unități autopropulsate care traversează fluidul, fiind puse în mișcare de forțele asimetrice generate de mediul lichid înconjurător.

Acest comportament colectiv depășește simpla formare de perechi. Pe măsură ce unitățile interacționează, ele formează grupuri mai mari și mai complexe. Spre deosebire de sistemele tradiționale în care astfel de grupuri ar crește la nesfârșit în agregate statice, aceste structuri sunt inerent instabile. Asimetria „greoaie” a capului, combinată cu interacțiunile de volum exclus, determină fragmentarea, rearanjarea și reformarea continuă a acestor grupuri. Acest lucru împiedică sistemul să atingă un echilibru de aglomerare, permițându-i să rămână într-o stare de activitate persistentă, asemănătoare unui lichid.

De ce contează

  • Materie activă sintetică: Aceste descoperiri oferă un model pentru crearea de materiale care se pot reorganiza singure, ceea ce ar putea fi crucial pentru dezvoltarea de micro-mașinării adaptive sau materiale structurale cu capacitate de auto-reparare.
  • Fizica fundamentală: Studiul clarifică faptul că, deși aceste interacțiuni par să încalce principiul al treilea al lui Newton, ele conservă de fapt impulsul prin transferarea acestuia în fluidul înconjurător, care disipă ulterior energia prin frecare cu substratul.
  • Principii de design: Cercetarea sugerează că autopropulsia nu trebuie să fie neapărat „programată” în unități individuale. În schimb, aceasta poate apărea ca o proprietate emergentă a interacțiunilor nereciproce, simplificând considerabil proiectarea viitoarelor sisteme biologice sintetice.

Monitorizând peste 10.000 de particule pe perioade lungi de timp, echipa a reușit să facă legătura între dinamica microscopică a perechilor și comportamentul colectiv macroscopic. Această descoperire deschide o nouă frontieră în știința materialelor, sugerând că putem dicta durata de viață și structura materiei sintetice prin simpla ajustare a nereciprocității componentelor sale constitutive.

SPONSORED
The 5 Best Over-Ear ANC Headphones of 2026, Tested & Ranked
Ghid Cumpărături Recomandat
92/100
Tech si Gadgeturi•12 min de citit

The 5 Best Over-Ear ANC Headphones of 2026, Tested & Ranked

We locked five over-ear ANC picks for 2026 — Sony WH-1000XM6, Bose QuietComfort Ultra 2, Soundcore Space One, Sennheiser Momentum 5, and Apple AirPods Max 2 — then stress-tested them on lab metrics, long-term owner truth, and live street prices.

Articole similare

Articole asemanatoare, ordonate semantic dupa subiect si actualitate.

Un nou rudiment bizar al calmarilor, descoperit în depozite jurasice
Stiinta

Un nou rudiment bizar al calmarilor, descoperit în depozite jurasice

Paleontologii au identificat Wyoteuthis linsterorum, un prădător jurasic neobișnuit de robust care schimbă înțelegerea noastră despre evoluția cefalopodelor marine antice.

Criza de sănătate ignorată: cum afectează uraganele persoanele vârstnice dependente de echipamente medicale
Stiinta

Criza de sănătate ignorată: cum afectează uraganele persoanele vârstnice dependente de echipamente medicale

Cercetări recente scot la iveală consecințele grave pe termen lung asupra sănătății pacienților vârstnici care depind de dispozitive medicale electrice în urma inundațiilor și a fenomenelor meteorologice extreme.

Creierul predictiv: cum validează neuroștiința modernă teoria freudiană
Stiinta

Creierul predictiv: cum validează neuroștiința modernă teoria freudiană

O analiză revoluționară sugerează că creierul uman funcționează ca o „mașină de predicție”, validând concepte psihanalitice propuse de Sigmund Freud în urmă cu peste un secol.

Dezvăluirea misterului: de ce imunoterapia oncologică poate declanșa artrita recurentă
Stiinta

Dezvăluirea misterului: de ce imunoterapia oncologică poate declanșa artrita recurentă

Cercetări recente indică faptul că mecanismul de memorie al sistemului imunitar ar putea fi responsabil pentru artrita dureroasă și recurentă care apare uneori la pacienții supuși imunoterapiei pentru cancer.

Noua galerie galactică NASA dezvăluie haosul cosmosului
Stiinta

Noua galerie galactică NASA dezvăluie haosul cosmosului

O colecție spectaculoasă de 16 imagini cu galaxii îmbină datele de la observatoarele Chandra, Webb și Hubble pentru a scoate la iveală forțele violente și invizibile care guvernează universul.

Progres în domeniul cuantic: cercetătorii ating „limita Fourier” pe suprafețele moleculare
Stiinta

Progres în domeniul cuantic: cercetătorii ating „limita Fourier” pe suprafețele moleculare

Cercetătorii de la Institutul Max Planck au reușit să stabilizeze molecule individuale pe o suprafață, atingând limita teoretică supremă pentru coerența cuantică.

Bariera comunicării: de ce hărțile meteo îmbunătățite nu reușesc să schimbe comportamentul în caz de uragan
Stiinta

Bariera comunicării: de ce hărțile meteo îmbunătățite nu reușesc să schimbe comportamentul în caz de uragan

Cercetări recente de la Florida State University sugerează că, deși graficele de prognoză a uraganelor devin din ce în ce mai precise, acestea nu motivează publicul să adopte măsurile de siguranță necesare.

Depășirea barierelor realității: Cum VR și dispozitivele purtabile transformă îngrijirea pacienților cu Parkinson
Stiinta

Depășirea barierelor realității: Cum VR și dispozitivele purtabile transformă îngrijirea pacienților cu Parkinson

Cercetătorii de la Universitatea Lehigh utilizează realitatea virtuală și senzori purtabili pentru a descifra dificultățile de mers cauzate de Parkinson și pentru a personaliza reabilitarea pacienților.