Mezclar dos líquidos y producir gotitas puede parecer una actividad trivial e innecesaria. Pero cuando estas gotas son cuadradas o hexagonales, nos damos cuenta de que estamos ante un fenómeno que la naturaleza nunca produciría. La creación de estas formas líquidas es el resultado de una investigación llevada a cabo por físicos de la Universidad Aalto en Finlandia para desequilibrar los sistemas.
Publicado en la revista Progreso de los científicos El miércoles (15), el estudio utilizó campos eléctricos para desequilibrar deliberadamente los sistemas y, lo que es más difícil, para hacer que las estructuras desequilibradas sean manejables o útiles. Un buen ejemplo de estos comportamientos complejos es la propia naturaleza, en «muchas moléculas que están fuera del cuerpo». equilibrio termodinámico», Explica el investigador Jaakko Timonen, uno de los autores del estudio.
El equilibrio termodinámico es un estado estable que ocurre cuando unimos dos sustancias y se establecen en un equilibrio mecánico, térmico y químico, con presión, temperatura y composición química constantes. Un buen ejemplo de esto ocurre en las mezclas líquidas: el aceite flota en el agua, mientras que la leche se mezcla con el café. «Equilibrar las cosas tiende a ser bastante aburrido», bromea Timonen en un comunicado de prensa.
Creación de gotas cuadradas y redes líquidas.
Estructuras controladas por electricidad. (Fuente: Geet Raju et al./Disclosure.)La fuente: Geet Raju y col.
En su trabajo, el equipo utilizó combinaciones de aceites con diferentes constantes dieléctricas y conductividades. Luego sometieron los líquidos a un campo eléctrico. Al hacerlo, explica Nikos Kyriakopoulos, un científico que también participó en la investigación, «la densidad de carga se cruza con la interfaz de equilibrio termodinámico», lo que permite varias formaciones interesantes. De esta manera, la aplicación de electricidad provocó que los aceites cambiaran de forma en patrones de caída totalmente inesperados.
Se logró transformar las gotitas de la experiencia en cuadrados y hexágonos, con lados rectos, una realidad impensable por naturaleza. Además, los dos líquidos podrían transformarse en redes interconectadas. Las soluciones también se formatearon eléctricamente en cuadrículas, lo que no tiene precedentes en este estado de la materia.
Los experimentos también demostraron la capacidad de moldear líquidos en formas geométricas inusuales, como toros o una rosquilla que permanecía estable, con un agujero en el medio, mientras se activaba el campo eléctrico.
Aplicaciones prácticas
La investigación no se limita a producir burbujas cuadradas y filetes líquidos. Este resultado solo demuestra la capacidad de crear estructuras temporales en el laboratorio con un tamaño controlado y bien definido, que se pueden encender y apagar como cualquier sistema eléctrico. Según los investigadores, esta es un área a explorar en el desarrollo de dispositivos ópticos controlados por voltaje.
Otra posible aplicación de la tecnología está en la asistencia sanitaria. Utilizando la electricidad, teóricamente será posible crear «poblaciones» interactivas de microfilamentos y microgotas que, de forma simplificada, puedan imitar la dinámica y el comportamiento colectivo de microorganismos como bacterias y microalgas a medida que se mueven según diferentes mecanismos.
ARTÍCULO Progreso de los científicos: doi.org/10.1126/sciadv.abh1642