Вихри на водната повърхност задвижват малки ротори без електричество, магнити или химикали

За нанотехнологиите в медицината е важно да може надеждно да се генерират контролирани миниатюрни ротации, но тази задача не е лесна: Системите за химическо задвижване се износват, а методите, които използват електрически или магнитни полета, изискват сложни настройки.

Екип от Института за микроструктурни технологии (IMT) към Технологичния институт в Карлсруе (KIT) и Института за нанотехнологии и нанобионика в Суджоу (SINANO) към Китайската академия на науките вече демонстрира, че само потокът на водната повърхност е достатъчен, за да завърти плаващ обект във фиксирана посока.

Изследването им е публикувано в списание Science Advances.

"Успяхме да покажем, че движението в малък мащаб може да се контролира изцяло без химикали, електричество или магнитни полета, разчитайки единствено на силите, действащи върху водната повърхност. Това открива прост и гъвкав начин за целенасочено сглобяване на ултрафини структури", коментира професор Ян Корвинк (Jan Korvink) от IMT на KIT.

Защо скоростта определя посоката

В основата на инсталацията е 3D-принтиран компонент със спирален канал. Той държи малък елемент на водната повърхност, без да я докосва. Последният елемент просто осцилира напред-назад, без да оставя нетно въртене, когато компонентът се движи бавно нагоре и надолу. При по-висока скорост обаче се образуват малки вихри, които накланят везните. Елементът се върти малко по малко в една и съща посока – точно като тресчотка – постепенно натрупвайки въртенето.

Изследователи от KIT успяват да визуализират този процес чрез симулации на потока.

"В симулацията успяхме точно да проследим как потокът нарушава симетрията на движението при по-високи скорости. Именно това нарушаване на симетрията трансформира движението напред-назад в насочено въртене", разказва професор Йонбо Дън (Yongbo Deng) от IMT.

Обратимо въртене на поплавъка и трасиращите частици при ниска скорост на задействане (160 мм/мин). Източник: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed5495

Фини снопове от влакна за жици, конци и изкуствени мускули

Ефектът може да се използва целенасочено. Компонентът се държи като малък мотор, задвижван единствено от водната повърхност. Въртящият му момент е около 10⁻⁸ нютон-метра, което е далеч под това на електрически мотор, но значително по-голямо от това на биологичните мотори. Използвайки този подход, учените постепенно сглобяват копринени влакна с диаметри между 10 и 20 микрометра в многослойни усукани снопове. Такива структури са типични и за хирургически шевни материали.

Йерархично усукване с капилярна тресчотка, активирана от потока. Кредит: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed5495

Потенциални приложения са кабели за пренос с ниски загуби в центрове за данни, многофункционални материали за конци и изкуствени мускули. Конвенционалните машини за оплитане се провалят в този мащаб, защото влакната се чупят под напрежение. Новият подход, за разлика от него, не изисква механичен контакт и по този начин открива иновативен начин за производство на спирални структури по контролиран начин.

Симулация на полето на потока чрез компютърна флуидна динамика (CFD). Кредит: Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed5495

Справка: Zhe Li et al, Capillary ratchets activated by interfacial flows for versatile torque generation and microassembly, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed5495

Източник: Water-surface vortices drive tiny rotors without electricity, magnets or chemicals, Isabelle Hartmann, Karlsruhe Institute of Technology

Още по темата

12/02/2026

Космос

Бивш инженер на SpaceX подготвя старта на космически кораб, задвижван от вода

06/06/2024

Земята

Как геометрията на разлома диктува образуването на земетресения (видео)

01/09/2021

Животът

Синтетичната биология накара микробите да изграждат мускули

03/04/2017

Медицина

Нова "супер гъба" изсмуква живака от водата за 5 секунди (видео)