Un team di scienziati ha ideato un sistema che riproduce il movimento di fenomeni naturali, come uragani e alghe, utilizzando raggi laser e la rotazione di rotori microscopici.
La svolta, riportata sulla rivista Comunicazioni sulla naturarivela nuovi modi in cui la materia vivente può essere riprodotta su scala cellulare.
“Gli organismi viventi sono fatti di materiali che pompano attivamente energia attraverso le loro molecole, che producono una gamma di movimenti su una scala cellulare più ampia”, spiega Matan Yah Ben Zion, studente di dottorato presso il Dipartimento di Fisica della New York University all’epoca del lavoro. e uno degli autori del documento. “Progettando macchine su scala cellulare da zero, il nostro lavoro può offrire nuove intuizioni sulla complessità del mondo naturale”.
La ricerca si concentra sui flussi vorticosi, che compaiono sia nei sistemi biologici che meteorologici, come le alghe o gli uragani. Nello specifico, le particelle si muovono in moto orbitale nel flusso generato dalla loro stessa rotazione, determinando una serie di interazioni complesse.
Per comprendere meglio queste dinamiche, gli autori dell’articolo, che includevano anche Alvin Modin, studente universitario della NYU all’epoca dello studio e ora studente di dottorato alla Johns Hopkins University, e Paul Chaikin, professore di fisica della NYU, hanno cercato di replicarle nel loro livello più elementare. Per fare ciò, hanno creato minuscoli micro-rotori – circa 1/10 della larghezza di una ciocca di capelli umani – per spostare le microparticelle usando un raggio laser (Chaikin e i suoi colleghi hanno ideato questo processo in un lavoro precedente).
I ricercatori hanno scoperto che le particelle rotanti si influenzano reciprocamente nel movimento orbitale, con sorprendenti somiglianze con le dinamiche osservate da altri scienziati nelle alghe “danzanti”, raggruppamenti di alghe che si muovono di concerto tra loro.
Inoltre, il team della NYU ha scoperto che gli spin delle particelle si alternano mentre le particelle orbitano.
“Gli spin delle particelle sintetiche si alternano allo stesso modo di quello osservato nelle alghe, in contrasto con il precedente lavoro con micro-rotori artificiali”, spiega Ben Zion, ora ricercatore presso l’Università di Tel Aviv. “Così siamo stati in grado di riprodurre sinteticamente – e su scala micron – un effetto che si vede nei sistemi viventi”.
“Collettivamente, questi risultati suggeriscono che la danza delle alghe può essere riprodotta in un sistema sintetico, stabilendo meglio la nostra comprensione della materia vivente”, aggiunge.
La ricerca è stata supportata da sovvenzioni del Dipartimento dell’Energia (DE-SC0007991, SC0020976).
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