Des chercheurs en ingénierie de l’Université Lehigh ont découvert que le sable peut réellement s’écouler vers le haut.
Les découvertes de l’équipe ont été publiées aujourd’hui dans la revue Mother nature Communications. Une vidéo correspondante montre ce qui se passe lorsqu’un few et une force d’attraction sont appliqués à chaque grain : les grains montent, montent les murs et montent et descendent les escaliers.
« Après avoir utilisé des équations qui décrivent le flux de matériaux granulaires », explique James Gilchrist, professeur Ruth H. et Sam Madrid de génie chimique et biomoléculaire au Computer Rossin Higher education of Engineering and Used Science de Lehigh et l’un des auteurs de l’article, » nous avons pu montrer de manière concluante que ces particules se déplaçaient effectivement comme un matériau granulaire, sauf qu’elles s’écoulaient vers le haut. »
Les chercheurs affirment que cette découverte très inhabituelle pourrait ouvrir la voie à de nombreuses autres pistes de recherche susceptibles de conduire à un massive éventail d’applications, allant des soins de santé au transportation de matériaux et à l’agriculture.
L’auteur principal de l’article, le Dr Samuel Wilson-Whitford, ancien associé de recherche postdoctoral au Laboratoire de mélange de particules et d’auto-organisation de Gilchrist, a capturé le mouvement entièrement par hasard au cours de ses recherches sur la microencapsulation. Lorsqu’il a fait tourner un aimant sous un flacon de particules de polymère recouvertes d’oxyde de fer, appelées microrouleaux, les grains ont commencé à s’accumuler vers le haut.
Wilson-Whitford et Gilchrist ont commencé à étudier comment le matériau réagissait à l’aimant dans différentes conditions. Lorsqu’ils versaient les microrouleaux sans les activer avec l’aimant, ils coulaient vers le bas. Mais lorsqu’ils ont appliqué un pair à l’aide des aimants, chaque particule a commencé à tourner, créant des doublets temporaires qui se sont rapidement formés et se sont brisés. Le résultat, dit Gilchrist, est une cohésion qui génère un angle de repos négatif en raison d’un coefficient de frottement négatif.
L’augmentation de la pressure magnétique augmente la cohésion, ce qui donne aux grains plus de traction et la capacité de se déplacer moreover rapidement. Le mouvement collectif de tous ces grains et leur capacité à adhérer les uns aux autres permettent à un tas de particules de sable de travailler ensemble pour faire des choses contre-intuitives, comme couler le very long des murs et monter les escaliers. L’équipe utilise désormais une découpeuse laser pour construire de minuscules escaliers et prend des vidéos du matériau montant d’un côté et descendant de l’autre. Un seul microrouleau ne pourrait pas surmonter la hauteur de chaque marche, explique Gilchrist. Mais en travaillant ensemble, ils le peuvent.
« Ce leading report se concentre uniquement sur la façon dont le matériau s’écoule vers le haut, mais nos prochains articles or blog posts examineront les purposes, et une partie de cette exploration répond à la question : ces microrouleaux peuvent-ils franchir des road blocks ? Et la réponse est oui. »
Les programs potentielles pourraient être très variées. Les microrouleaux peuvent être utilisés pour mélanger des objets, séparer des matériaux ou déplacer des objets. Et parce que ces chercheurs ont découvert une nouvelle façon de penser à la manière dont les particules pullulent et fonctionnent collectivement, les utilisations futures pourraient concerner la microrobotique, qui à son tour pourrait avoir des applications dans le domaine de la santé. Gilchrist a récemment soumis un article explorant leur utilisation sur le sol comme moyen de fournir des nutriments à travers un matériau poreux.
« Nous étudions ces particules jusqu’au bout », dit-il, « en expérimentant différents taux de rotation et différentes quantités de drive magnétique pour mieux comprendre leur mouvement collectif. Je connais essentiellement les titres des 14 prochains articles or blog posts que nous allons publier. « .
Les bailleurs de fonds associés comprennent les laboratoires de physique appliquée de l’Université John Hopkins, la National Science Basis (1931681), le Fonds de développement du corps professoral McClurg Endowment du Département de génie chimique et biomoléculaire de l’Université Lehigh. L’équipement de l’Institut des matériaux et dispositifs fonctionnels (I-FMD) de Lehigh a été utilisé dans la recherche.
