Tecnologia Científica

Imitando como a água e o vento criam formas complexas na natureza
Os cientistas reconheceram há muito tempo que uma combinação particular de campos de energia aleatórios e caóticos pode, por um longo período de tempo, dar origem a esses tipos de formações únicas que pontilham nosso globo.
Por Aalto University - 22/09/2021


Instantâneos de um experimento de formação de forma mostrando vários estágios do processo, desde a distribuição inicial das partículas até o resultado final. Crédito: Artur Kopitca / Aalto University

Formações naturais intrincadas, como dunas de areia em forma de estrela ou rochas em forma de arco, podem parecer tão intencionais na forma que é fácil imaginar se alguém as projetou. Os cientistas reconheceram há muito tempo que uma combinação particular de campos de energia aleatórios e caóticos pode, por um longo período de tempo, dar origem a esses tipos de formações únicas que pontilham nosso globo. Poucos, porém, conseguiram replicar esses fenômenos naturais.

Pesquisadores da Universidade Aalto da Finlândia descobriram agora uma maneira de imitar os processos naturais que criam formas e paisagens complexas com a ajuda de uma placa vibratória e campos de energia resultantes. Os resultados foram publicados em 22 de setembro de 2021 na Science Advances .

Para criar o efeito, a equipe distribuiu até 100 partículas de minúsculas bolas de metal - como as usadas normalmente na soldagem - em uma placa de silicone medindo 5x5 cm. Uma câmera e um algoritmo inteligente permitiram que a equipe rastreasse e manipulasse as partículas nas formas desejadas, como letras do alfabeto, conforme a placa vibrava, criando campos de energia não lineares.

"Usamos a câmera para determinar a localização das partículas, e o algoritmo selecionou a frequência de vibração mais adequada para mover as partículas na direção desejada. As partículas se movem através da placa em uma direção específica, dependendo da frequência de vibração, e o mesmo a frequência pode causar direções de movimento muito diferentes em diferentes partes da placa ", explica o professor Quan Zhou, que lidera o grupo de pesquisa por trás das descobertas.

Os pesquisadores ficaram surpresos com o quão bem o algoritmo inteligente foi capaz de prever o movimento das partículas em diferentes frequências, apesar da complexidade de seu movimento. O algoritmo minimizou com eficiência a diferença entre a forma do alvo e a distribuição real das partículas na placa .

"O movimento do enxame de partículas é semelhante aos fenômenos naturais em que os materiais naturais são moldados pela força do vento e da água. O método deve funcionar em escalas menores e maiores e pode ter muitas aplicações futuras onde o uso de mãos ou ferramentas é difícil ", diz o candidato ao doutorado Artur Kopitca.

Normalmente, a fabricação de um produto com um formato específico requer um molde ou um par de mãos habilidosas. Os pesquisadores acreditam que seu método inspirado na natureza poderia ser usado para classificar células em pesquisas médicas e em biociências ou como um método de produção industrial.

Uma questão chave que permanece em aberto, no entanto, é quantas partículas podem ser controladas e como o processo pode ser integrado a outros sistemas que têm propriedades dinâmicas semelhantes, como fluxos turbulentos.

O grupo de pesquisa do professor Zhou estudou anteriormente as propriedades das placas vibratórias e como elas podem ser usadas para guiar as partículas ao longo de uma rota específica ou em direção a um destino final. É a primeira vez que tentam criar formas imitando fenômenos naturais .

 

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