Лавры пытливых британских учёных явно не давали покоя их американским коллегам. Исследователи из Гарвардского университета под руководством Джексона Уилта (Jackson Wilt) продемонстрировали напечатанных на 3D-принтере плавающих ботов. Каждый бот диаметром около сантиметра состоял из воздушной камеры, обеспечивающей плавучесть, и миниатюрного топливного бака. Но вместо традиционного топлива бак заполнялся спиртом концентрацией от 10 до 50 %.
Источник изображений: techspot.com
Когда ботов помещали в воду, спирт постепенно вытекал из небольшого отверстия — «сопла», вызывая так называемый эффект Марангони. Этот эффект возникает, когда жидкость с более низким коэффициентом поверхностного натяжения быстро распространяется по жидкости с более высоким коэффициентом. Таким образом спирт вызывал движение ботов в противоположную от сопла сторону. Боты на одной «заправке» двигались до 500 секунд с пиковой скоростью около 6 см/с.
Исследователи подчеркнули, что скорость движения напрямую зависит от концентрации алкоголя, отметив, что пиво не давало нужной тяги. Они также попробовали мыло в качестве «топлива» для своих экспериментов. По их мнению, спирт предпочтительнее, поскольку он просто испаряется после вытекания из сопла и не загрязняет поверхность воды.
В процессе экспериментов исследователи создавали более сложные сборки роботов, напечатав на 3D-принтере объекты с несколькими соплами и соединив их вместе. Это позволило ботам двигаться по криволинейным траекториям или быстро вращаться. Использование нескольких роботов также помогло продемонстрировать «эффект хлопьев» — скопление плавающих объектов, вызванное силами притяжения между менисками, которые они создают на поверхности воды. Исследователи сообщили, что источником вдохновения при проектировании ботов выступили медовые колечки Cheerios.
Исследователи утверждают, что их эксперименты — не просто забава. Они считают, что роботов на подобных принципах движения потенциально можно использовать для равномерного распределения веществ по водоёмам при восстановлении окружающей среды или во время определённых промышленных процессов. Боты могут найти применение в образовании, позволяя на практике изучать концепцию поверхностного натяжения.
То же самое явление используют некоторые насекомые, чтобы скользить по поверхности воды. Но, в связи с недоступностью алкоголя, им приходится самостоятельно генерировать поверхностно-активное вещество, которое и двигает их вперёд. Возможно, энтомологам стоит отнести таких насекомых к виду «жуков-самогонщиков».
Заметим, что практически каждый российский мальчишка проводил подобные эксперименты — например используя свежую сосновую смолу, намазанную на один конец спички. Такая спичка весьма уверенно двигалась по луже, оставляя за собой радужную плёнку и демонстрируя эффект поверхностного натяжения во всей его красе.