Se você já viu o empurrão de um pássaro se movendo perfeitamente ou espalhado pela lagoa, testemunhou a capacidade significativa de coordenar a velocidade. Recentemente, um grupo de cientistas e engenheiros da Rice University descobriu eventos semelhantes em escala microscópica, onde os campos rotativos correm espontaneamente ao longo da borda do cluster alimentado por “correntes de borda” que seguem as inesperadas regras da física. A pesquisa foi publicada na revista Pesquisa de revisão físicaO
“Quando vi as informações iniciais – os fluxos das partículas estavam correndo mais rápido ao longo das bordas do que o meio – eu disse ‘essas bordas fluem!’ E fomos capazes de trabalhar em busca disso “,” Evlin Tang, professor assistente de física e astronomia.
No exame, a equipe suspendeu os colóides superparamagnéticos – pequenas contas magnéticas pensam em cem vezes menores que os grãos de areia – em água salgada. Eles então aplicaram um campo magnético rotativo, fazendo com que as partículas façam cristais em formas diferentes: às vezes formam um cluster circular espesso e outras vezes se espalham para os lençóis com orifícios vazios ou “vehs”.
O teste se torna especialmente interessante quando as partículas ao longo das bordas externas desses tamanhos começam a se mover mais rápido que o restante, formando um tipo de correia transportadora ao redor da borda.
“Dizemos a essa borda fluxo”, disse o ex-membro pós-dortural do primeiro autor do Laboratório de Tang, Alexandra Nelson. “É basicamente um riacho que alguém naturalmente se forma ao redor do limite sem pressioná -lo”
Para entender por que isso aconteceu, os pesquisadores se tornaram algo conhecido como física topológica, que é uma maneira de descrever sistemas em que o movimento ou comportamento é controlado pelo tamanho ou formato geral sem detalhes adequados.
“A topologia é como sinais de rodovias que determinam o fluxo de tráfego”, William M. da Engenharia Química. O professor de McCardel, Sibani Lisa Biswal, diz. “Mesmo se houver uma construção ou buraco, o tráfego ainda flui o mesmo porque a rota é definida pelo tamanho do sistema que é a topologia – a regra de que mesmo em uma situação bagunçada ou barulhenta”.
Nesse caso, as “regras” previram que as partículas magnéticas rotativas criariam movimentos ao longo das bordas do tamanho que eles criaram – era um monte ou vazio. E a equipe o observou logo na parte inferior do microscópio.
Curiosamente, o tipo de movimento depende do tamanho. Quando as partículas produzem cluster de flora livre, o fluxo da borda faz com que todo o cluster gire como um pequeno ciclo. Mas quando as partículas produzem uma folha maior com os vehs, as bordas ainda estavam se movendo, mas a estrutura geral não gira.
Tang explicou que esse era o caso, porque as partículas de aglomerados podiam se virar como dançarinos em círculo. No entanto, nos lençóis com os Vaudes, os elementos circundantes são mantidos em seu lugar, então a borda deve ser espalhada para o interior, em vez de girar a velocidade. Essa diferença também foi alterada a rapidez com que todo o sistema foi reestruturado. Os clusters podem alterar o tamanho dentro de alguns minutos e alterar as folhas, enquanto os lençóis com os Vedes levaram muito mais tempo.
A capacidade de controlar como as partículas transferem e organizam -as pode parecer a invenção do nicho, mas tem um grande efeito. Compreendendo como indicar velocidade na multidão, os sistemas dinâmicos podem notificar o design dos materiais reacionários, como fornecer medicamentos -alvo, superfícies adaptadas ou microbot.
“Estamos aprendendo a controlar o comportamento combinado usando políticas físicas simples”, disse Dana Lobamier, co-autora recente do Biswal Lab. “É um passo para criar materiais que possam realizar seu ambiente e reagir com a inteligência sem a necessidade de um computador ou direção” “
Embora os testes tenham usado partículas sintéticas, a equipe também foi paralela em biologia. Girando durante o desenvolvimento ou cura de muitos grupos de células, isso aumenta a possibilidade de que princípios físicos semelhantes estejam trabalhando dentro do organismo vivo.
“É a beleza da ciência”, disse Tang. “Estamos tirando uma ideia da matemática básica e da física estatística para aplicá -la ao material diário
Este estudo foi apoiado pela National Science Foundation e pela Fundação Cavley.