Denk aan zeepbellen, kogellagers of zelfs magneten. Deze objecten lijken werelden van elkaar te verschillen, maar uit een nieuwe studie blijkt dat ze een onverwachte gemeenschappelijkheid delen: wanneer ze op een specifieke manier worden opgesloten, rangschikken deze diverse deeltjes zichzelf in opvallend vergelijkbare geometrische patronen.
Deze ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review E, stelt onze aannames ter discussie over hoe ogenschijnlijk ongelijksoortige materialen zich onder druk gedragen. Het opent opwindende mogelijkheden voor het ontwerpen van innovatieve materialen met toepassingen variërend van medicijnen tot alledaagse producten.
De doorbraak kwam van een geavanceerd wiskundig model ontwikkeld door een internationaal team van onderzoekers onder leiding van Dr. Paulo Douglas Lima van de Braziliaanse Federale Universiteit van Rio Grande do Norte. Het model brengt op elegante wijze twee fundamentele krachten in evenwicht: de inherente afstoting van de deeltjes en de mate waarin ze in hun ruimte worden opgesloten. Door deze parameters aan te passen, konden de wetenschappers deze identieke patronen in verschillende materialen nauwkeurig voorspellen en reproduceren.
Om hun theorie te testen voerden de onderzoekers experimenten uit met een assortiment alledaagse voorwerpen. Zwevende magneten, kogellagers en zelfs zeepbellen werden elk in zorgvuldig ontworpen containers geplaatst. Opmerkelijk genoeg vormden al deze ongelijksoortige deeltjes, ondanks hun enorm verschillende eigenschappen, dezelfde afzonderlijke geometrische vormen binnen hun beperkte omgeving.
Professor Simon Cox van de afdeling Wiskunde van Aberystwyth University, die deel uitmaakte van deze internationale samenwerking, benadrukt de universaliteit die inherent is aan de natuur: “Het fascinerende is dat afzonderlijke objecten zo gevarieerd als zeepbellen en magnetische deeltjes zich op dezelfde manier kunnen gedragen door simpelweg de manier waarop ze worden opgesloten aan te passen. Het is een krachtige herinnering dat de natuur vaak universele regels volgt, zelfs als de ingrediënten er totaal anders uitzien.”
Deze ontdekking houdt een enorme belofte in op verschillende terreinen. Op het gebied van de biomedische technologie zou het een revolutie teweeg kunnen brengen in de ontwikkeling van gerichte therapieën en slimme systemen voor medicijnafgifte. Stel je microscopisch kleine capsules voor die precies alleen op de plaats van een ziekte medicatie vrijgeven, of stellages die zijn ontworpen om de ingewikkelde architectuur van gezonde weefsels voor regeneratieve geneeskunde perfect na te bootsen.
De impact reikt verder dan de gezondheidszorg: inzicht in hoe deeltjes zichzelf assembleren in besloten ruimtes biedt waardevolle inzichten voor industrieën die zich bezighouden met korrelige materialen zoals poeders, granen of pellets. Dit zou kunnen leiden tot efficiëntere verpakkings- en transportmethoden, waardoor verspilling wordt geminimaliseerd en het gebruik van hulpbronnen wordt geoptimaliseerd.
Deze eenvoudige maar diepgaande bevinding onderstreept de elegantie van fundamentele natuurwetten die zelfs het ogenschijnlijk alledaagse gedrag van alledaagse voorwerpen beheersen.
