211service.com
Brownse beweging benutten
Kleine deeltjes die in een vloeistof zijn gesuspendeerd, worden constant gestoten door botsingen met andere moleculen, waardoor ze grillig gaan schudden op een manier die bekend staat als Brownse beweging. Het fenomeen - voor het eerst waargenomen door botanicus Robert Brown in 1824 en later theoretisch beschreven door Albert Einstein - is alomtegenwoordig in de natuur, een onvermijdelijk gevolg van thermische energie in het milieu. Nu beweert de biochemicus R. Dean Astumian van de Universiteit van Chicago dat door externe krachten toe te passen en verschillende trucs toe te passen, we deze anders willekeurige kronkels kunnen beïnvloeden en dingen meer de ene kant op kunnen laten bewegen dan de andere, en zo de basis leggen voor potentieel bruikbare apparaten.
Eén opstelling zou bestaan uit een gekantelde pijp met een reeks positieve en negatieve elektroden die langs één kant zijn bevestigd en die ook een vloeistof bevat die is gevuld met negatief geladen deeltjes. Wanneer de elektriciteit is ingeschakeld, zal elektrische aantrekking ertoe leiden dat alle deeltjes zich ophopen op de positieve elektroden. Wanneer de elektriciteit is uitgeschakeld, zal de zwaartekracht ervoor zorgen dat de meeste deeltjes bergafwaarts drijven. Maar door de Brownse beweging zullen sommigen af en toe bergopwaarts gaan. Als deze opwaarts bewegende deeltjes voorbij de negatieve elektrode komen, die zich net boven de positieve elektrode bevindt, zullen ze bergopwaarts worden gedwongen naar de volgende positieve elektrode wanneer de elektriciteit weer wordt ingeschakeld. De rest van de deeltjes die bergafwaarts zijn afgedreven, keren terug naar de positieve elektrode waar ze oorspronkelijk waren samengekomen. Door dit proces te herhalen en de elektriciteit op het juiste moment aan en uit te zetten, kunnen we netto bergopwaartse beweging genereren, legt Astumian uit.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van oktober 1997
- Zie de rest van het probleem
- Abonneren
Als grotere deeltjes - samengesteld uit hetzelfde materiaal en met dezelfde negatieve lading - aan de buis worden toegevoegd, zullen ze de neiging hebben om meer bergafwaarts te bewegen dan de kleinere deeltjes, omdat ze een sterkere ruk door de zwaartekracht ervaren met relatief minder wrijvingsweerstand. Als je dit goed doet, kun je eindigen met een situatie waarin de grote deeltjes bergafwaarts gaan terwijl de kleine deeltjes omhoog bewegen, zegt Astumian. Dat kan heel handig zijn, voegt hij eraan toe, omdat er op dit moment niet echt goede manieren zijn om deeltjes op grootte te scheiden. De bevooroordeelde Brownse bewegingsbenadering, zegt hij, zou de basis kunnen vormen voor praktische apparaten die continu eiwitten of andere moleculen kunnen scheiden bij biologische of chemische verwerking.
Maar zelfs als dergelijke toepassingen niet uitkomen, zou het onderzoek op zijn minst moeten bijdragen aan een nieuwe waardering van de willekeurige, thermisch aangedreven beweging, ook wel bekend als thermische ruis. We hebben thermische ruis altijd gezien als iets om van af te komen, zegt Astumian. Maar nu nemen we de tegenovergestelde benadering en proberen deze constructief te gebruiken.