Pomyśl o bańkach mydlanych, sprężystych piłeczkach, a nawet magnesach. Obiekty te wydają się zupełnie inne, ale nowe badania pokazują, że mają wspólną nieoczekiwaną właściwość: umieszczone w określonych warunkach te odmienne cząstki układają się w uderzająco podobne wzory geometryczne.
Odkrycie to, opublikowane w czasopiśmie Physical Review E, podważa naszą wiedzę na temat tego, jak pozornie różne materiały zachowują się pod ciśnieniem. Otwiera ekscytujące możliwości rozwoju innowacyjnych materiałów o zastosowaniach w różnych obszarach, od medycyny po przedmioty codziennego użytku.
Przełom nastąpił dzięki złożonemu modelowi matematycznemu opracowanemu przez międzynarodowy zespół badaczy pod kierownictwem dr Paulo Douglasa Lima z Federalnego Uniwersytetu Rio Grande do Norte (Brazylia). Model elegancko równoważy dwa podstawowe czynniki: nieodłączne odpychanie cząstek i stopień, w jakim są one ograniczone w przestrzeni. Zmieniając te parametry, naukowcy byli w stanie dokładnie przewidzieć i odtworzyć te identyczne wzory w wielu różnych materiałach.
Aby przetestować swoją teorię, naukowcy przeprowadzili eksperymenty z wykorzystaniem różnych przedmiotów codziennego użytku. Pływające magnesy, toczące się kulki, a nawet bańki mydlane umieszczono w starannie zaprojektowanych pojemnikach. Co zaskakujące, pomimo ogromnych różnic we właściwościach, wszystkie te odmienne cząstki tworzyły te same odrębne kształty geometryczne w swoich ograniczonych środowiskach.
Profesor Simon Cox z Wydziału Matematyki Uniwersytetu Aberystwyth, uczestnik tej międzynarodowej współpracy, podkreśla uniwersalność natury: „Uderzające jest to, że dyskretne obiekty tak różne jak bańki mydlane i cząstki magnetyczne mogą zachowywać się w ten sam sposób tylko poprzez regulację swoich ograniczeń. Jest to mocne przypomnienie, że przyroda często kieruje się uniwersalnymi prawami, nawet jeśli składniki wydają się zupełnie inne”.
Odkrycie to ma ogromny potencjał w wielu dziedzinach. W dziedzinie inżynierii biomedycznej może zrewolucjonizować rozwój terapii celowanych i inteligentnych systemów dostarczania leków. Wyobraźcie sobie mikroskopijne kapsułki, które precyzyjnie uwalniają leki tylko w miejscu choroby, lub rusztowania zaprojektowane specjalnie w celu precyzyjnego odtworzenia złożonej architektury zdrowych tkanek na potrzeby medycyny regeneracyjnej.
Wpływ wykracza poza opiekę zdrowotną: zrozumienie, w jaki sposób cząstki samoorganizują się w zamkniętych przestrzeniach, zapewnia cenne informacje dla branż zajmujących się materiałami sypkimi, takimi jak proszki, ziarna lub granulki. Może to prowadzić do bardziej wydajnych metod pakowania i transportu, minimalizujących ilość odpadów i optymalizujących wykorzystanie zasobów.
To proste, ale głębokie odkrycie podkreśla elegancję podstawowych praw fizycznych rządzących nawet pozornie trywialnym zachowaniem zwykłych obiektów.
