Micronageurs métalliques lourds, en rhodium (violet) et or, nager dans une solution liquide. Face à un mur en pente, chaque nageur en forme de canne réorientera son corps vers le haut en raison de son déséquilibre de densité, et nage comme un grimpeur contre la gravité. Un effet hydrodynamique permet d'amplifier l'action dans sa réorientation. Crédit :Jun Zhang, Courant Institute de NYU et Département de physique de NYU.
Une équipe de scientifiques a découvert à quel point les objets motorisés gravissent des pentes raides - un mécanisme récemment découvert qui imite également la façon dont les grimpeurs naviguent sur les pentes.
Les résultats, qui paraissent dans le journal Matière molle , découlent d'une série d'expériences dans lesquelles des objets motorisés ont été placés dans un liquide puis déplacés sur des surfaces inclinées.
"Ces 'micro-nageurs' sont environ 20 fois plus lourds que le fluide dans lequel ils nagent, mais ils ont pu gravir des pentes raides presque verticales, " explique Jun Zhang, l'un des auteurs de l'article et professeur de physique et de mathématiques au Courant Institute of Mathematical Sciences de l'Université de New York et à NYU Shanghai.
Le travail améliore notre compréhension de la « gravitaxis », mouvement directionnel en réponse à la gravité. Le phénomène est une considération vitale non seulement dans l'ingénierie, mais aussi dans la médecine et le développement pharmaceutique. Il explique, en partie, comment les bactéries se déplacent dans le corps et fournit des informations sur les moyens de créer des mécanismes d'administration de médicaments plus efficaces.
Dans le Matière molle recherche, les scientifiques ont créé des nageurs, ou nanotiges, dont la longueur est d'environ 1/40e de la largeur d'un cheveu humain. Ces nageurs motorisés étaient chargés de remonter une surface inclinée tout en étant immergés dans une solution liquide à l'intérieur d'un récipient à parois. Les nageurs étaient composés de deux types de métaux - l'or et le rhodium ainsi que l'or et le platine - une composition qui leur donnait des densités déséquilibrées compte tenu des poids variables de ces métaux.
La composition des nageurs, milieu liquide, et la juxtaposition des surfaces leur a permis de se déplacer vers le haut, malgré leur poids important.
"Ces moteurs se réorientent vers le haut contre la gravité grâce à leur déséquilibre de densité, un peu comme une balançoire se réoriente en réponse au mouvement et au poids de ses coureurs, " ajoute Michael Shelley, professeur au Courant Institute et directeur du Flatiron Institute's Center for Computational Biology. "Un effet hydrodynamique amplifie ce mouvement - nager à côté d'un mur produit un couple plus important en repositionnant les corps des moteurs vers le haut. Ceci est important car le monde microscopique est bruyant - pour le moteur, il est toujours de deux pas vers le haut et un pas vers le bas - et le un couple plus important améliore leur capacité à se déplacer verticalement."
Dans des travaux antérieurs, publié dans Physical Review Letters, Zhang, Shelley, et leurs collègues ont créé des "nano-moteurs" en découvrant un moyen efficace de mouvement contre les courants. La nouvelle recherche développe ces résultats en révélant comment des objets lourds peuvent se déplacer sur des surfaces fortement inclinées, offrant la promesse de manœuvres encore plus sophistiquées.
"Maintenant que ces micro-nageurs sont capables de gravir des pentes très raides contre la gravité, nous pouvons envisager de développer des missions encore plus difficiles, " observe Zhang. " Avenir, des moteurs avancés seront conçus pour atteindre des emplacements ciblés et pour exécuter des fonctions désignées. »
