Un team di scienziati internazionali co-guidati dalla Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha scoperto un modo per manipolare le onde idriche, permettendo loro di intrappolare e muovere con precisione oggetti galleggianti-quasi come se una forza invisibile li stesse guidando.
Il metodo prevede la generazione e la fusione di onde idriche per creare modelli di superficie complessi, come i loop di torsione e i vortici vorticosi.
Esperimenti di laboratorio hanno mostrato che questi motivi possono attirare oggetti galleggianti vicini, come palline di schiuma delle dimensioni dei chicchi di riso, e intrappolarli all’interno dei motivi.
Alcuni motivi si comportano come pinzette o un “trattore” per tenere le palline galleggianti in posizione sulla superficie dell’acqua in modo che non si allontanino. Altri fanno girare le palline sui loro centri e si muovono esattamente lungo un percorso circolare o a spirale all’interno dei motivi.
A differenza delle raccomandazioni ordinarie, questi motivi d’onda rimangono stabili anche se disturbati da onde esterne minori
Questa tecnica utilizza la fisica del mondo reale per controllare e modellare le onde d’acqua, ma l’effetto ricorda quello di una forza invisibile che muove le cose, come immaginarie in spettacoli e libri popolari.
The Breakthrough, pubblicato sulla rivista scientifica Natura Il 5 febbraio 2025, apre la possibilità di usare le onde d’acqua in nuovi modi.
Ad esempio, la tecnica potrebbe essere sviluppata ulteriormente per trasportare liquidi e sostanze chimiche versato che galleggiano sull’acqua per renderli più facili da ripulire.
Il metodo potrebbe anche essere ridimensionato per guidare oggetti galleggianti più grandi e possibilmente vasi, lungo un percorso desiderato sull’acqua, anche se non hanno motori di lavoro.
“I nostri risultati sono il primo passo nell’esplorazione di come le onde idriche possono essere modellate per spostare gli oggetti, con molte potenziali applicazioni in futuro”, ha dichiarato il professor Shen Yijie, uno dei co-lead della ricerca della scuola di scienze fisiche e matematiche della NTU Singapore e della scuola elettrica.
“Abbiamo dimostrato che le onde d’acqua possono essere usate per spostare con precisione oggetti galleggianti piccoli come cereali di riso. La ricerca futura potrebbe studiare onde ancora più piccole come quelle sulla scala delle cellule che sono centinaia di volte più piccole, così come onde marine molto più grandi che sono mille volte più grandi”, ha aggiunto.
Lezioni dalla luce
La tecnica per modellare le onde d’acqua è stata sviluppata attraverso uno sforzo interdisciplinare ispirato al precedente lavoro di Asst Prof Shen, usando onde luminose per creare strutture complesse o motivi di luce.
Il suo team in precedenza ha mostrato che piccoli disturbi non hanno facilmente distrutto questi motivi di luce e potevano intrappolare piccole particelle, come cellule di lievito e nanoparticelle di metallo, al loro interno. Regolando le onde luminose, anche le particelle bloccate in esse potrebbero essere spostate come se da una forza invisibile.
Tra le sue ricerche, Asst Prof Shen ha capito che poiché l’acqua e la luce possono entrambi muoversi come onde, ciò che il suo team è stato in grado di realizzare con le onde luminose potrebbe essere possibile anche con le onde d’acqua.
Ha cercato di lavorare con ricercatori che studiavano onde leggere come lui e altri che lavorano sulle onde idriche per dimostrare la sua teoria. La sua più grande sfida era convincerli, poiché i ricercatori di entrambe le parti non avevano mai considerato le sue idee prima.
Asst Profr Shen alla fine ha vinto i suoi collaboratori dalla Cina e dalla Spagna e il team di ricerca internazionale ha confermato la sua ipotesi attraverso esperimenti.
Il team ha eseguito per la prima volta simulazioni di computer prima di condurre esperimenti di laboratorio in un serbatoio dell’acqua in cui hanno creato onde utilizzando varie strutture di plastica stampate in 3D parzialmente immerse in acqua.
Ad esempio, una di queste strutture di plastica era un anello collegato a 24 tubi sparsi attorno ad essa. I tubi erano collegati agli altoparlanti che hanno convocato i suoni di colibrì a basso contenuto che hanno causato l’informazione sulla superficie dell’acqua all’interno dell’anello con le onde.
Gli scienziati hanno posizionato una piccola sfera di schiuma in polietilene galleggiante nel serbatoio dell’acqua e hanno osservato come la palla si muoveva quando venivano prodotte le onde. Le sfere che vanno da 4,8 mm a 12,7 mm di diametro sono state testate ogni volta. I ricercatori hanno anche testato una palla da ping pong da 40 mm.
Regolando l’entità e la frequenza delle onde d’acqua e cambiando se alcune onde si sono mosse al passo con altre, i ricercatori hanno causato l’interfacciamento delle onde, si sovrappongono e si fondono per produrre modelli complessi sulla superficie dell’acqua.
Questi motivi intrappolavano la palla mobile in essi, facendola tenere quasi stazionario, o spintare e muoversi esattamente lungo un percorso circolare o a spirale nei motivi, deviando al massimo 2-4 mm dal percorso.
“Se abbiamo un oggetto galleggiante tenuto in atto nei modelli d’acqua, potremmo anche essere in grado di regolare le onde per spostare i motivi e gli oggetti intrappolati in essi. Questo potrebbe darci un modo per spostare questi oggetti in punti specifici su un corpo idrico”, ha detto Asst Prof Shen, citando osservazioni simili per le onde di luce.
Enorme potenziale impatto
Il suo team prevede di lavorare successivo per stabilire se i modelli d’acqua possono essere creati sott’acqua e non solo in superficie, per spostare oggetti sommersi.
Gli scienziati intendono anche ridimensionare la tecnica dell’onda d’acqua a livello di micrometro, per studiare se i modelli d’acqua sulla superficie possono essere usati come pinzette per spostare le cellule e particelle di dimensioni simili. Ciò potrebbe consentire alle particelle di essere avvicinate per esperimenti senza usare l’attrezzatura per toccarle.
La tecnica potrebbe anche essere ridimensionata per esplorare se le barche possono essere guidate in una posizione specifica o lungo un percorso desiderato sull’acqua. I ricercatori dovrebbero tener conto dei disturbi delle onde naturali in mare che potrebbero distruggere i modelli d’acqua se queste onde marine fossero troppo forti.
Poiché i modelli d’acqua non sono facilmente interrotti, la ricerca futura potrebbe esplorare la fattibilità dell’utilizzo per archiviare dati come il modo in cui i computer archiviano le informazioni. Il modo in cui i turbini dell’acqua nei motivi è anche simile a come possono comportarsi ondate e elettroni leggeri, il che suggerisce che le onde d’acqua potrebbero essere studiate come un proxy più accessibile per ricercare alcuni fenomeni quantistici visti in onde luminose ed elettroni.
Un revisore indipendente e anonimo del Natura Il documento ha scritto che lo studio potrebbe produrre “potenziale impatto enorme … a causa del suo carattere fondamentale” con “una vasta gamma di campi che possono beneficiare di questo lavoro”.
Un altro recensore ha affermato che il documento “presenta risultati molto entusiasmanti che possono fornire preziose informazioni sull’uso di onde d’acqua o onde fluidiche simili per manipolare il movimento delle particelle su scale diverse”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
