Uutiset

Tutkijat keksivät, miten jäljitellä veden ja tuulen tapaa siirtää materiaaleja

Hiukkaset siirtyvät tärinälevyllä haluttuun muotoon energiakentän ja älykkään algoritmin avulla. Tulevaisuudessa menetelmää voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa sekä uusissa valmistusteknologioissa.
Tilannekuvia siitä, miten hiukkaset muuttavat muotoaan prosessin eri vaiheissa niitten alkuperäisestä jakautumisesta lopputulokseen. Kuva: Aalto-yliopisto
Tilannekuvia siitä, miten hiukkaset muuttavat muotoaan prosessin eri vaiheissa niitten alkuperäisestä jakautumisesta lopputulokseen. Kuva: Aalto-yliopisto

Luonnosta löytyy muodostelmia, jotka säännöllisyydessään näyttävät jonkun suunnittelemilta: tähden mallisia dyynejä tai kaaren muotoon taipuneita kiviä. Vaikka luonnonvoimat ovat sattumanvaraisia ja tuulet tulevat eri suunnista, pitkän ajan kuluessa tietty energiakenttien yhdistelmä voi synnyttää ainutlaatuisia muodostelmia.
Nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet jäljittelemään luonnon prosessia ja siirtämään hiukkasia haluttuun muotoon tärinälevyn avulla. Hiukkaset ohjattiin alkuperäisistä hajanaisista yhdistelmistä kohti muutamaa kirjainmuodostelmaa. Tulokset julkaistiin 22 syyskuuta 2021 arvostetussa Science Advances -lehdessä.
Normaalisti tietynmallisen tuotteen valmistukseen tarvitaan muottia tai taitavia käsipareja.

”Me hyödynsimme piilevyn tärinän synnyttämiä epälineaarisia energiakenttiä, joita ohjasimme kameran ja älykkään algoritmin avulla niin, että levyn päällä olevat hiukkaset tärisivät haluttuun muotoon”, sanoo professori Quan Zhou.

”Määritimme hiukkasten sijainnin kameran avulla, ja älykäs algoritmi valitsi pienelle piilevylle sopivimman tärinätaajuuden hiukkasten liikuttamiseksi. Hiukkaset kulkevat levyllä levyn tärinätaajuudesta riippuen tiettyyn suuntaan, ja liikesuunnat ovat myös hyvin erilaisia levyn eri osissa tietyllä taajuudella”, Zhou jatkaa.

Tutkijat yllättyivät siitä, miten hyvin älykäs algoritmi osasi ennustaa hiukkasten liikkeen levyllä eri taajuuksilla. Näin ero halutun muodon ja hiukkasten jakauman välillä voidaan minimoida.

”Hiukkasten liikkuminen vastaa luonnossa tapahtuvaa ilmiötä, jossa luonto muovaa muotojaan tuulen ja veden voimalla. Menetelmä toimii sekä suuressa että pienessä mittakaavassa, mikä lisää sen sovellusmahdollisuuksia tulevaisuudessa”, tohtorikoulutettava Artur Kopitca sanoo.

Tutkijoiden mukaan luonnon inspiroimaa metodia voisi hyödyntää esimerkiksi solujen lajittelussa lääke- ja biotieteiden tutkimuksessa sekä valmistusmenetelmänä teollisuudessa.

Ensin pitää kuitenkin ratkaista, miten suuri määrä hiukkasia on hallittavissa ja miten prosessia voi yhdistää muihin järjestelmiin, joilla on samankaltaisia dynaamisia ominaisuuksia, kuten turbulentteja virtauksia.

Professori Quan Zhoun tutkimusryhmä on aiemmin tutkinut tärylevyn ominaisuuksia, mutta tämä on ensimmäinen kerta, kun he ovat luoneet muotoja mukaillen luonnossa tapahtuvaa ilmiötä.

Open Access -artikkeli on luettavissa verkossa.

Katso video, kuinka hiukkaset liikkuvat tärinälevyllä.

Lisätietoa:

Professori Quan Zhou (englanniksi)
Aalto-yliopisto
[email protected]
040 855 0311

Tohtorikoulutettava
Artur Kopitca (suomeksi ja englanniksi)
Aalto-yliopisto
[email protected]
044 948 8731

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Illustration image on a sunny day as the sun is setting, of Otakaari 2A, the lights in the building are lit and there are blurry images of people walking around. Grass and trees are green.
Kampus, Mediatiedotteet, Yliopisto Julkaistu:

Uudisrakennus Marsio on näyteikkuna Aalto-yliopiston tutkimukseen, opetukseen ja vaikuttavuuteen

Kilpailun kautta valittu nimi on kunnianosoitus Aino Marsio-Aallolle.
FinnFusion is a collaboration aiming to make fusion energy a reality. Photo: VTT.
Yhteistyö, Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Aallon tutkijat tuovat heliumplasmakokeilla fuusioenergiaa lähemmäksi todellisuutta

Aalto-yliopiston tutkijat osallistuvat kansainväliseen projektiin, jonka tavoitteena on tukea fuusioenergian kehittämistä.
Vehnänjyviä
Mediatiedotteet Julkaistu:

Miljardille ihmiselle vapautuisi ruokaa, jos maatalouden sivuvirtoja kierrätettäisiin tuotantoeläinten rehuksi

Aalto-yliopiston tutkijat osoittivat, että ruokaa riittäisi jopa 13 prosenttia suuremmalle väestölle, jos tuotantoeläinten rehuna käytettäisiin enemmän maatalouden sivuvirtoja.
A satellite image of Borneo and part of Malaysia covered by plumes of smoke from fires. The many fires are marked on the map as red dots.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkijat osoittivat tekoälyn avulla: Turvesuopalojen riski kutistuu jopa neljännekseen maankäytön muutoksilla

Pahimpina vuosina Kaakkois-Aasian turvesuopalot aiheuttavat 30 prosenttia maailman hiilidioksidipäästöistä. Maankäyttö on tasapainottelua uhkien, hyötyjen ja kustannusten välillä, sanovat Aalto-yliopiston tutkijat.