Физики поиграли с роботами и поняли движения микробов и внутриклеточную механику
Исследователи из Института физики Амстердамского университета соединили маленькие самодвижущиеся игрушки в цепочку и нашли ключ к понимаю двигательной активности микроскопических организмов и молекулярных двигателей внутри наших клеток. Результаты исследования опубликовали в журнале Physical Review Letters («Заметки о физическом обозрении»).
Микроботов Hexbug Nano v2 можно купить в обычных онлайн-магазинах. Игрушки используют вибрации для продвижения вперёд. Если соединить несколько миниатюрных роботов цепочкой из резины, то получится эластоактивная структура. Это означает, что после деформации микроботы вернутся к своей первоначальной форме, а самодвижущиеся активные компоненты, из которых они состоят, будут стремиться подтолкнуть конструкцию в определённом направлении.
Движения зависят от размера звеньев цепей и от того, были ли цепи закреплены за один или оба конца. Эластоактивные цепи демонстрировали различные типы движения, включая автоколебательные, самосинхронизирующиеся и самозамыкающиеся.
— Корентин Куле, руководитель Лаборатории машинных материалов Амстердамского университета.
Учёный добавил, что механические автоколебания и синхронизация являются ключевой особенностью биологических машин. А ещё такие функции полезны для создания новых типов автономных роботов. Активные экспериментальные цепочки позволяют исследователям понять природу нелинейных явлений, то есть отклоняющихся от прямо пропорциональной зависимости.
В общем, учёные выделили три типа двигательной активности. Когда конструкция совершает автоколебания, это означает, что она изгибается вперёд-назад сама по себе. В цепочках микроботы могут начать с того, что согнут цепь влево. Однако, поскольку цепь закреплена за один конец, эластичные звенья сопротивляются этому движению. И переориентируют ботов таким образом, что те начинают толкать и сгибать цепь вправо. Этому движению снова будет сопротивляться эластичная цепь, пока боты снова не начнут двигаться влево.
Синхронизация происходит, когда две эластичные активные цепи соединяются на одном конце достаточно жёстким стержнем. Извиваясь, две соединённые цепочки автоматически начинают колебаться с одинаковой частотой, подобно морской траве, которой повелевают одни и те же волны.
Наконец, взяв одну эластичную цепь и закрепив оба её конца, физики наблюдали поведение «саморазрыва». Для сравнения: если сгибать игральную карту пальцами, можно заставить её «расхлопнуться» в другую сторону, надавив сбоку. Эластичные цепи делают это сами по себе, многократно переключаясь с изгиба влево на изгиб вправо.
Корентин Куле добавил, что физики начали исследование, просто поиграв с микроботами. Но в более общем плане идея заключалась в том, чтобы исследовать материалы, находящиеся в неравновесном состоянии. В мягкой материи активные жидкости были широко изучены за последние 25 лет, но их твёрдые аналоги исследовались гораздо меньше.
Также физики изучают эластоактивное поведение в меньших масштабах, например, в так называемых коллоидных системах из мелких частиц, взвешенных в жидкости. Такие системы ближе к биологии из-за схожих размеров.
Микроботов Hexbug Nano v2 можно купить в обычных онлайн-магазинах. Игрушки используют вибрации для продвижения вперёд. Если соединить несколько миниатюрных роботов цепочкой из резины, то получится эластоактивная структура. Это означает, что после деформации микроботы вернутся к своей первоначальной форме, а самодвижущиеся активные компоненты, из которых они состоят, будут стремиться подтолкнуть конструкцию в определённом направлении.
Движения зависят от размера звеньев цепей и от того, были ли цепи закреплены за один или оба конца. Эластоактивные цепи демонстрировали различные типы движения, включая автоколебательные, самосинхронизирующиеся и самозамыкающиеся.
Экспериментируя с эластоактивными цепями, мы обнаружили, что существует взаимосвязь между активностью и эластичностью: цепи синхронизируются, когда активность преобладает
— Корентин Куле, руководитель Лаборатории машинных материалов Амстердамского университета.
Учёный добавил, что механические автоколебания и синхронизация являются ключевой особенностью биологических машин. А ещё такие функции полезны для создания новых типов автономных роботов. Активные экспериментальные цепочки позволяют исследователям понять природу нелинейных явлений, то есть отклоняющихся от прямо пропорциональной зависимости.
В общем, учёные выделили три типа двигательной активности. Когда конструкция совершает автоколебания, это означает, что она изгибается вперёд-назад сама по себе. В цепочках микроботы могут начать с того, что согнут цепь влево. Однако, поскольку цепь закреплена за один конец, эластичные звенья сопротивляются этому движению. И переориентируют ботов таким образом, что те начинают толкать и сгибать цепь вправо. Этому движению снова будет сопротивляться эластичная цепь, пока боты снова не начнут двигаться влево.
Синхронизация происходит, когда две эластичные активные цепи соединяются на одном конце достаточно жёстким стержнем. Извиваясь, две соединённые цепочки автоматически начинают колебаться с одинаковой частотой, подобно морской траве, которой повелевают одни и те же волны.
Наконец, взяв одну эластичную цепь и закрепив оба её конца, физики наблюдали поведение «саморазрыва». Для сравнения: если сгибать игральную карту пальцами, можно заставить её «расхлопнуться» в другую сторону, надавив сбоку. Эластичные цепи делают это сами по себе, многократно переключаясь с изгиба влево на изгиб вправо.
Корентин Куле добавил, что физики начали исследование, просто поиграв с микроботами. Но в более общем плане идея заключалась в том, чтобы исследовать материалы, находящиеся в неравновесном состоянии. В мягкой материи активные жидкости были широко изучены за последние 25 лет, но их твёрдые аналоги исследовались гораздо меньше.
Также физики изучают эластоактивное поведение в меньших масштабах, например, в так называемых коллоидных системах из мелких частиц, взвешенных в жидкости. Такие системы ближе к биологии из-за схожих размеров.
- Дмитрий Ладыгин
- youtu.be/8L0hhabqixs
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Куда делась атомная бомба Гитлера? Физики увидели то, что упустили историки
Ученые подчеркивают: многие из громких мифов 1940-е годов, скорее всего, не выдержат проверки реальными фактами...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Самая известная мумия Южной Америки снова «заговорила»: последние ее месяцы были очень мрачными
Археологи говорят: именно на этой жестокой практике держалась вся империя инков...
В морском льду Антарктиды протаяла дыра площадью с Португалию. Теперь ученые знают, почему
Эксперты говорят: сбой ледового ритма опасен для Мирового океана и планеты в целом...
Что будет с Азовским морем? Российские ученые просчитали четыре варианта развития событий
Исследователи объяснили, почему при любом раскладе море не будет прежним. Но каким тогда?...
За 320 миллионов лет Земля как минимум 4 раза опрокидывалась набок
Поразительное, но такое заваливание идет прямо сейчас. И геологи рассказали, как и почему это происходит...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Он помогал нести крест Христу: надпись на саркофаге проливает свет на библейского персонажа
2000-летний гроб был найден еще 1941 году, но ученые до сих пор не пришли к какому-то общему мнению. Почему?...
40 000-летний подводный город нашли в Турции: почему официальная наука против такой даты?
Интересно, что древний объект находится недалеко от горы Арарат, где прямо сейчас ищут легендарный Ноев ковчег...
Раскрыта 217-летняя тайна: искусственный интеллект взломал зашифрованное письмо Наполеона
Нейросети последних лет — это реальный прорыв: только за несколько недель было вскрыто более 30 безнадежных шифров...
Что случится с Сибирью к 2080 году: прогноз красноярских ученых и эксперта NASA
Арбузы вместо мерзлоты, большая ложка дегтя и открытый финал — в одном из самых обстоятельных исследований о будущем России...
Кита лечили тем, от чего обычно умирают: этот эксперимент изменил медицину
Одиннадцатилетняя белуха угасала от неизлечимой болезни, и тогда ученые пошли на рискованные опыты...
Искусственная гравитация: ученые рассказали, появится ли вообще главная фишка из фантастических фильмов в космосе
Космические инженеры знают три способа обмануть невесомость. Но пока рабочий из них только один, да и то есть нюансы...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...