Investigadores de Technion — Instituto de Tecnología de Israel, Technische Universität Darmstadt, e IBM Research Europe han propuesto recientemente una nueva estrategia para lograr simultáneamente un encubrimiento y un blindaje hidrodinámicos a microescala. Si bien la idea de encubrir o proteger objetos ha existido desde hace algún tiempo, a diferencia de otros métodos desarrollados previamente, la técnica que propusieron permite a los físicos cambiar dinámicamente entre estos dos estados.

"Cuando comenzamos con nuestra investigación, teníamos conocimiento del trabajo en esta dirección que se basa en metamateriales porosos, "Steffen Hardt, quien dirigió el equipo de investigación en TU Darmstadt, dijo Phys.org. "Nuestra idea era que no necesitas esos metamateriales si puedes inyectar impulso en una región alrededor del objeto que se va a cubrir / proteger. Efectivamente, esto significa que se superpone el campo de flujo externo con un campo de flujo local hecho a medida. Como resultado, el campo de flujo total (externo y local) sale de tal manera que se logra el encubrimiento o el blindaje ".

Como parte de sus estudios previos, Los investigadores desarrollaron métodos para inyectar impulso localmente utilizando lo que se conoce como flujo electroosmótico (es decir, movimiento de líquidos típicamente inducido por un voltaje aplicado a través de un material poroso u otros conductos de fluido). El objetivo clave de su nuevo estudio fue demostrar un nuevo método para ocultar / proteger objetos en un flujo fluido y hacer que esta funcionalidad sea adaptable en tiempo real. ya que los enfoques propuestos anteriormente basados ​​en metamateriales no lo son.

El nuevo principio de encubrimiento / protección entró en acción gracias a una estrecha cooperación entre Ph.D. los estudiantes Evgeniy Boyko y Michael Eigenbrod, quien elaboró ​​la teoría, y Vesna Bacheva, quien llevó a cabo los experimentos. En sus experimentos, los investigadores colocaron un objeto en el centro de una cámara de microfluidos, compuesto por dos placas paralelas separadas por un pequeño espacio (de unas pocas decenas de micrómetros de tamaño). Luego llenaron la cámara con agua y aplicaron una diferencia de presión entre su entrada y salida. Esto les permitió generar un flujo hidrodinámico alrededor del objeto.

"El encubrimiento (haciendo que el campo de flujo fuera de una determinada región alrededor del objeto parezca que no hay ningún objeto) o el blindaje (eliminando las fuerzas que el flujo ejerce sobre el objeto) requiere un control preciso de la velocidad del fluido en la región que rodea al objeto, "dijo Moran Bercovici, quien dirigió la parte del equipo en Technion. "Logramos esto inyectando impulso localmente usando un fenómeno electrocinético llamado electro-ósmosis de efecto de campo".

Para lograr un control capacitivo sobre la carga de la superficie local, el equipo insertó un electrodo en la parte inferior del dispositivo de microfluidos y ajustó su potencial eléctrico. Iones con carga opuesta contenidos en el agua protegían la superficie, formando lo que se conoce como una doble capa eléctrica.

"La aplicación de un campo eléctrico externo a lo largo del canal ejerce una fuerza sobre las cargas móviles, que llevan consigo el resto del líquido a través de una interacción viscosa, "Hardt explicó." Este efecto se puede considerar como una 'cinta transportadora' colocada en la superficie, cuya velocidad puede ser controlada por el potencial del electrodo. La velocidad inducida se puede modificar dinámicamente para cambiar entre condiciones que producen camuflaje y blindaje ".

Notablemente, el mecanismo de encubrimiento / blindaje resultante de la estrategia utilizada por el equipo se puede adaptar en tiempo real. En otras palabras, permite a los investigadores activar y desactivar los efectos cloaki / escudo; o alternar entre las condiciones de camuflaje y protección.

La nueva técnica y paradigma introducido por este equipo de investigadores también podría tener implicaciones para otras áreas de la física. Por ejemplo, podría permitir a los físicos ocultar objetos en campos electromagnéticos o acústicos.

En general, el principio esbozado en el reciente artículo publicado en Cartas de revisión física , se puede utilizar para determinar cómo un objeto interactúa con un flujo de fluido (por ejemplo, qué fuerza ejerce el flujo sobre el objeto). Esto podría resultar particularmente útil para estudiar los efectos del flujo de fluidos en los sistemas biológicos, como las células.

"El principio que usamos para la inyección de impulso en un flujo puede refinarse mucho si no solo usamos un solo electrodo (como en nuestro artículo reciente), sino una serie de electrodos direccionables individualmente, "agregó Federico Paratore, de IBM Research Europe. "Esto permitiría oportunidades sin precedentes para dar forma a un campo de flujo, yendo mucho más allá de los modos de camuflaje o protección ".

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