Emelkedőn felfelé folyó homokot fejlesztettek

A Lehigh Egyetem mérnök-kutatói olyan szemcséket fejlesztettek, amelyek mágneses tulajdonságaiknak köszönhetően képesek „hegyet mászni”. Ez lehetővé teszi, hogy akár lépcsőn, akár falon átmásszanak ezek a szemcsék. A kutatók szerint rengeteg alkalmazási területen lehet majd felhasználni az ilyen képességű anyagokat, az egészségügytől az anyagszállításon át a mezőgazdaságig. A szakemberek a Nature Communications folyóiratban számoltak be az eredményekről.

Animáción a felfelé mászó „homokról”

A különös anyagot a szerencsés véletlennek köszönhetően fedezték fel, egy egészen más kutatás során. Egy vas-oxiddal bevont polimer szemcsékkel teli fiola alatt megforgattak egy mágnest, és ennek hatására a szemcsék elkezdtek felfelé mozogni. Ezt követően különféle körülmények között ismételten megvizsgálták ezen anyag viselkedését. Amikor mágnes bevetése nélkül hagyták gurulni a szemcséket, azok a megszokott módon, lejtőnek lefelé gurultak. Azonban amikor a mágnesség révén nyomatékot fejtettek ki rájuk, minden szemcse forogni kezdett, majd ideiglenes szemcsepárok jöttek létre, amelyek amilyen gyorsan születtek, olyan gyorsan külön is váltak aztán. Azonban a szemcsék közti kohézió hatására negatív súrlódási együttható és negatív nyugalmi szög alakul ki.

„Egészen mostanáig senki se használta volna ezeket a kifejezéseket. Nem is léteztek” – mondta James Gilchrist professzor, a kutatás egyik résztvevője. „Ahhoz azonban, hogy megértsük, miként is mozognak ezek a szemcsék felfelé a lejtőn, ki kellett számoljuk, mik azok a hatások, amelyek erre késztetik őket.” Ha negatív a nyugalmi szög (ez gyakorlatilag azt jelzi, felfelé gurul a szemcse, nem lefelé, ahogy a gravitáció alapján elvárnánk), akkor ehhez a számítások szerint negatív súrlódási együttható is jár.

Minél erősebb a szemcsékre ható mágnesség, annál erősebb lesz köztük a kohézió, és annál gyorsabban tudnak hegyet mászni is. Mivel képesek összetapadni így a szemcsék, az anyagtömeg egyként viselkedik, együttműködésük teszi lehetővé, hogy felfelé haladhatnak. Míg egyetlen szemcse önmagában képtelen volna rá, hogy megmásszon egy lépcsőt, a szemcsék tömege viszont képes.

Számtalan területen lehet alkalmazni majd az ilyen szemcséket, akár anyagok elkeverésére, akár azok szétválasztására, tárgyak mozgatására. Felhasználható lesz a most megszerzett tudás a mikrorobotikában is, de akár a talajban tápanyagok szállítására is fel lehet majd használni az ilyen szemcséket.