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  • Los microengranajes giran cuando son empujados por pequeños motores

    Las partículas de Janus se acoplan entre los dientes de un microengranaje para impulsarlo hacia adelante. Crédito:Maggi, et al. © 2015 Pequeño Diario

    (Phys.org) —Los investigadores han diseñado un nuevo tipo de microengranaje que gira cuando los micromotores se alojan en las esquinas de los dientes del engranaje. Los micromotores utilizan la solución de peróxido de hidrógeno circundante como combustible para impulsarse hacia adelante, lo que a su vez hace que los microengranajes giren. En el futuro, los diminutos engranajes podrían usarse como bloques de construcción para fabricar micromáquinas autónomas.

    Los investigadores, Claudio Maggi, et al., de Italia, Alemania, y españa, han publicado un artículo sobre los microengranajes en un número reciente de la revista Pequeña .

    "Las herramientas modernas de la nanotecnología se pueden utilizar para dar forma a la materia en el micrón y nanoescala con un alto grado de control estructural y morfológico, " Maggi, en la Universidad de Roma, dicho Phys.org . “Recientemente, los investigadores han comenzado a investigar posibles estrategias para 'dar vida' a estas estructuras y proporcionarles algún mecanismo de autopropulsión. Todo el esfuerzo de miniaturizar máquinas se vuelve inútil, sin embargo, si todavía se requieren equipos grandes y costosos para impulsar y controlar la propulsión en la escala de micrones. Por esta razón, estamos trabajando en el desarrollo de materiales avanzados, colectivamente referido como 'materia activa, 'que puede convertir alguna fuente de energía incorporada en movimiento dirigido ".

    Los materiales de materia activa utilizados aquí son micromotores en forma de partículas de Janus. Como el dios romano de dos caras, Las partículas de Janus tienen dos caras, o superficies, que les dan un carácter asimétrico. Aquí, un lado de cada partícula de 5 µm está recubierto de platino, de modo que cuando las partículas se sumergen en una solución de peróxido de hidrógeno, se mueven en una dirección.

    En una solución que contiene tanto partículas de Janus como microengranajes pasivos de 8 µm, algunas de las partículas autopropulsadas de Janus chocan con los microengranajes. Las partículas de Janus luego se orientan de forma autónoma de modo que su dirección de propulsión corra a lo largo de los lados de los engranajes, y su impulso de avance los bloquea en su lugar en los dientes de los engranajes. Se pueden alojar hasta seis partículas de Janus en los seis dientes de los microengranajes.

    Esta estrategia es similar a los métodos anteriores de mover microobjetos que utilizan el movimiento colectivo de bacterias o micro nadadores sintéticos. Sin embargo, Todos estos métodos anteriores han requerido altas concentraciones de bacterias / micronadador y se han movido de forma muy aleatoria, dificultando el control y la reproducción del movimiento.

    Las mayores ventajas del nuevo método son que funciona con concentraciones de partículas más bajas y el movimiento es altamente determinista. Los investigadores encontraron que la velocidad de giro del microengranaje aumenta linealmente a medida que el número de partículas de Janus bloqueadas en el engranaje aumenta de 1 a 3. Con 4 partículas y más, la velocidad se aplana y luego comienza a disminuir, lo que probablemente se deba a que las partículas de Janus adicionales agotan el combustible de peróxido de hidrógeno, por lo que la velocidad de todas las partículas disminuye.

    "Ahora hemos demostrado que los coloides activos de Janus pueden autoensamblarse alrededor de un rotor microfabricado en configuraciones reproducibles con un alto grado de orden espacial y de orientación, "dijo el coautor Roberto Di Leonardo en el Consejo Nacional de Investigación de Italia, y el coordinador del grupo de investigación. “La interacción entre geometría y comportamiento dinámico conduce al autoensamblaje de micromotores autónomos a partir de partículas distribuidas aleatoriamente. Además de tener un claro interés tecnológico, nuestros resultados demuestran que comprender los aspectos fundamentales de las interacciones en los sistemas de materia activa abre el camino a micromáquinas altamente reproducibles y controlables para aplicaciones de laboratorio en chip ".

    En el futuro, los investigadores planean investigar cómo se puede ajustar la concentración de peróxido de hidrógeno para controlar la velocidad de rotación de los micromotores. Controlar la velocidad es esencial para las micromáquinas de laboratorio en chip y otras aplicaciones.

    La investigación fue financiada por dos ERC Starting Grants y combina avances recientes en propulsión catalítica (Grant n. 311529) y mecánica estadística de la materia activa (Grant n. 307940).

    © 2016 Phys.org




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