Pesquisadores do Technion - Instituto de Tecnologia de Israel, Technische Universität Darmstadt, e a IBM Research Europe propuseram recentemente uma nova estratégia para obter, simultaneamente, camuflagem e blindagem hidrodinâmica em microescala. Embora a ideia de camuflagem ou proteção de objetos já exista há algum tempo, em contraste com outros métodos desenvolvidos anteriormente, a técnica que eles propuseram permite aos físicos alternar dinamicamente entre esses dois estados.

"Quando começamos nossa pesquisa, estávamos cientes de um trabalho nessa direção que é baseado em metamateriais porosos, "Steffen Hardt, que liderou a equipe de pesquisa da TU Darmstadt, disse a Phys.org. "Nossa ideia era que você não precisa de tais metamateriais se puder injetar momentum em uma região ao redor do objeto a ser camuflado / blindado. Efetivamente, isso significa que você sobrepõe o campo de fluxo externo por algum campo de fluxo local feito sob medida. Como resultado, o campo de fluxo total (externo e local) sai de tal forma que a camuflagem ou blindagem é alcançada. "

Como parte de seus estudos anteriores, os pesquisadores desenvolveram métodos para injetar momentum localmente usando o que é conhecido como fluxo eletroosmótico (ou seja, movimento de líquidos tipicamente induzido por uma voltagem aplicada através de um material poroso ou outros conduítes de fluido). O objetivo principal de seu novo estudo era demonstrar um novo método para encobrir / proteger objetos em um fluxo de fluido e tornar essa funcionalidade adaptável em tempo real, como as abordagens propostas anteriormente baseadas em metamateriais não o são.

O novo princípio de camuflagem / blindagem entrou em ação graças a uma estreita cooperação entre Ph.D. alunos Evgeniy Boyko e Michael Eigenbrod, que elaborou a teoria, e Vesna Bacheva que realizou os experimentos. Em seus experimentos, os pesquisadores colocaram um objeto no centro de uma câmara microfluídica, composto de duas placas paralelas separadas por uma pequena lacuna (algumas dezenas de micrômetros de tamanho). Eles então encheram a câmara com água e aplicaram uma diferença de pressão entre a entrada e a saída. Isso permitiu que eles gerassem um fluxo hidrodinâmico ao redor do objeto.

"Camuflagem (fazendo com que o campo de fluxo fora de uma determinada região ao redor do objeto pareça não haver nenhum objeto) ou blindagem (eliminando as forças que o fluxo exerce sobre o objeto) requer um controle preciso da velocidade do fluido na região ao redor do objeto, "disse Moran Bercovici, que liderou a parte da equipe do Technion. "Conseguimos isso injetando momentum localmente usando um fenômeno eletrocinético chamado eletro-osmose de efeito de campo."

Para obter controle capacitivo sobre a carga de superfície local, a equipe incorporou um eletrodo na parte inferior do dispositivo microfluídico e ajustou seu potencial elétrico. Íons com carga oposta contida na água protegeram a superfície, formando o que é conhecido como uma camada dupla elétrica.

"Aplicar um campo elétrico externo ao longo do canal exerce uma força sobre as cargas móveis, que carregam o resto do líquido com ele por meio de interação viscosa, "Hardt explicou." Este efeito pode ser considerado como uma 'correia transportadora' colocada na superfície, cuja velocidade pode ser controlada pelo potencial do eletrodo. A velocidade induzida pode ser modificada dinamicamente para alternar entre as condições que geram camuflagem e blindagem. "

Notavelmente, o mecanismo de camuflagem / blindagem resultante da estratégia utilizada pela equipe pode ser adaptado em tempo real. Em outras palavras, permite que os pesquisadores liguem e desliguem os efeitos cloaki / escudo; ou alternar entre as condições de camuflagem e blindagem.

A nova técnica e paradigma introduzidos por esta equipe de pesquisadores também podem ter implicações para outras áreas da física. Por exemplo, poderia permitir aos físicos disfarçar objetos em campos eletromagnéticos ou acústicos.

Geral, o princípio delineado no recente artigo publicado em Cartas de revisão física , pode ser usado para determinar como um objeto interage com um fluxo de fluido (por exemplo, que força o fluxo exerce sobre o objeto). Isso pode ser particularmente útil para estudar os efeitos do fluxo de fluido em sistemas biológicos, como células.

"O princípio que usamos para injeção de momento em um fluxo pode ser muito refinado se não usarmos apenas um único eletrodo (como em nosso artigo recente), mas uma série de eletrodos endereçáveis ​​individualmente, "acrescentou Federico Paratore, da IBM Research Europe. "Isso permitiria oportunidades sem precedentes para moldar um campo de fluxo, indo muito além dos modos de camuflagem ou blindagem. "

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