Gracias al trabajo de los científicos del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente y sus colaboradores, los científicos están más cerca de crear dispositivos que puedan usar movimientos microscópicos de manera coordinada para crear un movimiento coherente a escala macroscópica. Esto replica la forma en que los organismos vivos se mueven de una manera diferente a los dispositivos mecánicos hechos por el hombre.

En el trabajo, publicado en Nature Communications , los investigadores utilizaron nanoláminas de titanio dispuestas en una solución acuosa para crear una onda que se propagó a través del material, aunque las nanoláminas no estaban unidas entre sí. También pudieron usar el movimiento coordinado para transportar micropartículas junto con la ola. El movimiento de los músculos humanos, por ejemplo, tiene lugar a través de un proceso complejo, en el que los "motores moleculares" individuales se mueven de forma coordinada. De manera similar, el movimiento ondulatorio de los cilios, que impulsan el movimiento de las bacterias, puede propagarse en un medio fluídico de manera bien controlada. Por el contrario, las máquinas artificiales que nos rodean tienden a moverse como resultado de un pequeño número de elementos móviles. Por lo tanto, los organismos vivos pueden generar movimientos finos e intrincados a pedido, mientras que los motores solo pueden repetir movimientos lineales o circulares simples.

En el estudio actual, los investigadores se propusieron crear un material artificial que pudiera recrear el movimiento de los sistemas naturales. Concretamente, los investigadores informaron que aproximadamente diez mil millones de nanoláminas dispersas coloidalmente en medios acuosos podrían ser persuadidas para operar de manera coherente para generar una onda macroscópica que se propaga en un estado de no equilibrio. Inicialmente, se indujo a las nanoláminas a adoptar una geometría cofacial con una distancia grande y uniforme de plano a plano de aproximadamente 420 nanómetros. Esencialmente, se mantuvieron en su lugar por la repulsión electrostática competitiva y la atracción de van der Waals entre las nanoláminas cargadas negativamente. Cuando los investigadores debilitaron la fuerza repulsiva agregando iones a la solución, las nanoláminas se acercaron más a medida que se debilitaba la repulsión. Esto creó una ola que se extendió a través del material. La ola también pudo transportar micropartículas en una dirección y velocidad uniformes.

Según Koki Sano, el primer autor del artículo, "fue muy emocionante ver cómo las micropartículas se movían realmente a través del material. Sabemos que este tipo de movimiento es muy común en la naturaleza, por lo que definitivamente fue un logro ver que en realidad podría replicar eso de alguna manera".

Yasuhiro Ishida de RIKEN CEMS, uno de los líderes del grupo de investigación, dijo:"Los investigadores habían tratado previamente de replicar la naturaleza mediante la creación de movimiento macroscópico utilizando el movimiento coordinado de componentes diminutos, pero parecía difícil de lograr. Nuestro enfoque era diferente en que el las unidades individuales no se unieron a través de enlaces, sino que se mantuvieron en su lugar mediante la competencia entre las fuerzas de atracción y repulsión. Esperamos que este descubrimiento proporcione un principio general para diseñar máquinas macroscópicas a partir de una gran cantidad de componentes diminutos". + Explora más

Un material que cambia de forma basado en materia inorgánica