Chercheurs du Technion—Institut israélien de technologie, Technische Universität Darmstadt, et IBM Research Europe ont récemment proposé une nouvelle stratégie pour réaliser simultanément un camouflage et un blindage hydrodynamiques à micro-échelle. Alors que l'idée de masquer ou de protéger des objets existe depuis un certain temps déjà, Contrairement à d'autres méthodes développées précédemment, la technique qu'ils ont proposée permet aux physiciens de basculer dynamiquement entre ces deux états.

« Quand nous avons commencé nos recherches, nous avons eu connaissance de travaux dans ce sens qui reposent sur des métamatériaux poreux, " Steffen Hardt, qui a dirigé l'équipe de recherche de la TU Darmstadt, dit Phys.org. "Notre idée était que vous n'avez pas besoin de tels métamatériaux si vous pouvez injecter de l'élan dans une région autour de l'objet à masquer/protéger. En effet, cela signifie que vous superposez le champ de flux externe par un champ de flux local sur mesure. Par conséquent, le champ d'écoulement total (externe et local) sort de telle sorte que l'occultation ou le blindage soit réalisé."

Dans le cadre de leurs études précédentes, les chercheurs ont développé des méthodes pour injecter localement de l'élan en utilisant ce qu'on appelle le flux électroosmotique (c'est-à-dire, mouvement de liquides généralement induit par une tension appliquée à travers un matériau poreux ou d'autres conduits de fluide). L'objectif clé de leur nouvelle étude était de démontrer une nouvelle méthode pour masquer/protéger des objets dans un écoulement de fluide et rendre cette fonctionnalité adaptative en temps réel, comme les approches proposées précédemment basées sur les métamatériaux ne le sont pas.

Le nouveau principe de cloaking/shielding est entré en action grâce à une étroite collaboration entre les doctorants. étudiants Evgeniy Boyko et Michael Eigenbrod, qui a élaboré la théorie, et Vesna Bacheva qui a réalisé les expériences. Dans leurs expériences, les chercheurs ont placé un objet au centre d'une chambre microfluidique, constitué de deux plaques parallèles séparées par un petit espace (quelques dizaines de micromètres). Ils ont ensuite rempli la chambre d'eau et appliqué une différence de pression entre son entrée et sa sortie. Cela leur a permis de générer un écoulement hydrodynamique autour de l'objet.

"L'occultation (le fait que le champ d'écoulement à l'extérieur d'une certaine région autour de l'objet donne l'impression qu'il n'y a pas d'objet) ou le blindage (élimine les forces que l'écoulement exerce sur l'objet) nécessite un contrôle précis de la vitesse du fluide dans la région entourant le objet, " dit Moran Bercovici, qui dirigeait la partie de l'équipe chez Technion. "Nous y sommes parvenus en injectant localement de la quantité de mouvement à l'aide d'un phénomène électrocinétique appelé électro-osmose à effet de champ."

Pour obtenir un contrôle capacitif de la charge de surface locale, l'équipe a intégré une électrode au bas du dispositif microfluidique et ajusté son potentiel électrique. Des ions de charge opposée contenus dans l'eau protégeaient la surface, formant ce qu'on appelle une double couche électrique.

"L'application d'un champ électrique externe le long du canal exerce une force sur les charges mobiles, qui entraînent avec lui le reste du liquide par interaction visqueuse, " Hardt a expliqué. " Cet effet peut être considéré comme une « bande transporteuse » placée à la surface, dont la vitesse peut être contrôlée par le potentiel de l'électrode. La vitesse induite peut être modifiée dynamiquement pour basculer entre les conditions qui produisent le camouflage et le blindage."

Remarquablement, le mécanisme de cloaking/shielding résultant de la stratégie utilisée par l'équipe peut être adapté en temps réel. En d'autres termes, il permet aux chercheurs d'activer et de désactiver les effets de cape/bouclier ; ou basculer entre les conditions d'occultation et de blindage.

La nouvelle technique et le nouveau paradigme introduits par cette équipe de chercheurs pourraient également avoir des implications pour d'autres domaines de la physique. Par exemple, il pourrait permettre aux physiciens de masquer des objets dans des champs électromagnétiques ou acoustiques.

Globalement, le principe énoncé dans le récent article publié dans Lettres d'examen physique , peut être utilisé pour déterminer comment un objet interagit avec un écoulement de fluide (par exemple, quelle force le flux exerce sur l'objet). Cela pourrait s'avérer particulièrement utile pour étudier les effets de l'écoulement des fluides sur les systèmes biologiques, comme les cellules.

"Le principe que nous avons utilisé pour l'injection de quantité de mouvement dans un écoulement peut être très affiné si nous n'utilisons pas qu'une seule électrode (comme dans notre article récent), mais un réseau d'électrodes adressables individuellement, " a ajouté Federico Paratore, d'IBM Research Europe. "Cela permettrait des opportunités sans précédent pour façonner un champ d'écoulement, allant bien plus loin que les seuls modes de dissimulation ou de blindage."

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