|
|
|
Ένας νανοκολυμβητήςΑπό την ιστοσελίδα Physical Review Focus, Ιούνιος 2004 |
Μια καινούργια νανομηχανή, χρησιμοποιεί ένα ασυνήθιστο τύπο προώθησης για να κινείται μέσα σε υγρά σαν ένα υποβρύχιο του μέλλοντος. Είναι μια συσκευή που αποτελείται από ένα σύνολο σφαιριδίων και ράβδων που κινείται με την αλλαγή του μήκους της κατά μήκος μιας μόνο διάστασης. Στο τεύχος του Ιουνίου του περιοδικού Physical Review E μια ερευνητική ομάδα προτείνει αυτήν την σχετικά απλή συσκευή πράγμα που την κάνει ελκυστική για τους μηχανικούς. Ο "κολυμβητής" αυτός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να μετακινήσει νανο-φορτία σε υγρό περιβάλλον όπως το νερό ή μια αρτηρία του αίματος.
Ο υποβρύχιος κόσμος έχει μεγάλη δυσκολία για τη μετακίνηση μικροσκοπικών αντικειμένων. Οι δύτες μπορούν να γλιστρούν με ευκολία κάτω από το νερό, δίνοντας κάποια ορμή σε μάζες του νερού με τα πόδια τους ή με τα χέρια τους. Τα αντικείμενα όμως μοριακού μεγέθους δεν έχουν αυτή την πολυτέλεια. Πρέπει συνεχώς να υπερνικούν το ιξώδες του υγρού που εμποδίζει την προώθησή τους, σα να βρίσκονται μέσα σε παχύρρευστες μολάσσες. Στο περιβάλλον αυτό, κινήσεις που αντιστρέφονται από μόνες τους - όπως η κίνηση των ποδιών ενός δύτη σαν ψαλίδι - δεν κάνουν τίποτα περισσότερο από το να φέρνουν το αντικείμενο ξανά στην αρχική του θέση. Μόνο κινήσεις που δεν είναι όμοιες αν αντιστραφούν, και λέγονται μη αντιστρεπτές κινήσεις, όπως είναι η περιστροφή των ψευδοποδίων ενός βακτηρίου, μπορούν να προωθήσουν ένα κολυμβητή προς κάποια κατεύθυνση. Ο Ramin Golestanian, του ινστιτούτου προχωρημένων σπουδών βασικής επιστήμης του Ιράν και ο Ali Najafi, τώρα στο πενεπιστήμιο Zanjan του Ιράν, χρησιμοποίησαν την αρχή της μη αντιστρεπτής κίνησης για να σχεδιάσουν τον πιο βασικό νανο-κολυμβητή που θα μπορούσαν να φανταστούν - πολύ απλούστερο από τους περισσότερους που συναντάμε στη φύση. Αποτελείται από 3 σφαίρες στη σειρά, συνδεόμενες με 2 άκαμπτες ράβδους. Οι ράβδοι διαδοχικά συστέλλονται και διαστέλλονται κατά το μήκος τους. Πρώτα η αριστερή πλευρά συστέλλεται και ύστερα ακολουθεί η δεξιά.. Στη συνέχεια οι δύο ράβδοι διαστέλλονται πάλι με την ίδια σειρά. Μπορείτε να δείτε και την παρακάτω εξομοίωση. Ο κύκλος αυτός της κίνησης έχει ως αποτέλεσμα, οι σφαίρες να "πιάνονται" πάνω στο υγρό που τις περιβάλλει και να τραβάνε τη συσκευή εμπρός σαν ένα σκουλήκι που κινείται στη γη. Ο Golestanian λέει η απλότητα του μοντέλου θα βοηθούσε τους μηχανικούς της νανοτεχνολογίας να ξεπεράσουν τα μαθηματικά εμπόδια που επιβάλλουν πιο περίπλοκες κινήσεις. "Είναι μια καινούργια λύση σε ένα παλιό πρόβλημα", λέει ο ίδιος. Για να διαπιστώσουμε αν ο"κολυμβητής" πράγματι δουλεύει, θα πρέπει το θεωρητικό μοντέλο να γίνει πιο σταθερό λέει ο Golestanian. Συνεργαζόμενοι με τον Armand Ajdari του ινστιτούτου για τη βιομηχανική φυσική και χημεία (ESPCI) στο Παρίσι, οι Golestanian και Najafi ελπίζουν να αντιμετωπίσουν την βαρύτητα, τον εσωτερικό θόρυβο των μηχανών, και τις τυχαίες συγκρούσεις με τα μεμονωμένα άτομα του υγρού. Ύστερα είναι και το πρόβλημα της επιλογής των υλικών κατασκευής. Η νανοτεχνολογία είναι ακόμη στη βρεφική της ηλικία, αλλά ο Golestanian προβλέπει ότι ο κολυμβητής του θα παίρνει κίνηση από μοριακούς κινητήρες - μόρια των οποίων οι δεσμοί διαστέλλονται και συστέλλονται με ενέργεια που παράγεται από βιοχημικές αντιδράσεις ή από αντιδράσεις που προκαλεί το φως. Όταν φτιαχτεί, θα μπορέσει κάποια μέρα να μεταφέρει φάρμακα μέσα στο ανθρώπινο σώμα η να χρησιμοποιηθεί ως διερευνητής ζώντων κυττάρων. Το μοντέλο των Golestanian και Najafi είναι μια καλοδεχούμενη προσθήκη στη φιλολογία των σχεδίων για νανο-"ατμομηχανές" που έχει συσσωρευτεί τα τελευταία χρόνια, λέει ο Markus Porto, του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Darmstadt στη Γερμανία, ο οποίος έχει προτείνει ένα μοριακό κινητήρα που ο ίδιος δεν κολυμπάει. "Νομίζω ότι η κατασκευή από τον άνθρωπο νανομηχανών, είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη σημερινή έρευνα γύρω από τη φυσική και τη χημεία", λέει ο ίδιος. Αναφορές: |
||||||
|
