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Schweben in einem Magnetrührer: Rührfisch im Aufschwung

08.08.2018

Göttinger Max-Planck-Wissenschaftler entdeckt ein völlig neues Schwebeverfahren

Die Idee des Schwebens, des sorglosen Gleitens über der Erdoberfläche, hat solche Technikneuerungen wie Magnetschwebebahn aber auch unzählige Science Fiction Werke, wie Schwebebretter aus der „Zurück in die Zukunft“-Trilogie oder sogar ein übliches Bild einer Hexe, die auf ihrem Besen über ein schlafendes Dorf fliegt, inspiriert.


Oben: Bild des schwebenden Flohs in Rizinusöl. Unten: Eine 3D-Spirale, die durch die Kombination von experimentellen Bildern des Flohs über einen Zeitraum von 1 s beim Schweben entsteht.

(c) MPIDS

Die meisten praxisbezogenen Anwendungen erfordern jedoch entweder hochspezialisierte teure Geräte oder deutlich unter dem Gefrierpunkt liegende Temperaturen, was sie in unserem täglichen Leben nicht problemlos einsetzbar macht. Die jüngste Entdeckung der Forscher des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) ist ein bahnbrechender Ansatz, der das Magnetschweben für ein breiteres Spektrum technischer Anwendungen zugänglich machen wird.

Die neue Methode verwendet ein einfaches Werkzeug, das in den meisten Labors weltweit bereits vorhanden ist: Einen Magnetrührer. Dies ist ein Gerät, das mit Hilfe rotierender Magnetfelder einen in eine Flüssigkeit eingetauchten Rührstab sehr schnell zum Drehen bringt und der dabei die Flüssigkeit im Behälter vermischt. Seit seiner Erfindung im Jahre 1942 ist bekannt, dass der Rührstabmagnet, wenn er zu schnell angetrieben wird, unberechenbar wie eine Forelle im Bach auf dem Boden des Behälters springt - daher der Spitzname „Rührfisch“.

MPIDS-Wissenschaftler stellten fest, dass der Fisch in einem Behälter, der mit Flüssigkeit mit einer Viskosität ähnlich wie Honig gefüllt ist, nicht mehr herumspringt, sondern in der Flüssigkeit aufsteigt und schwebt.

„Wir sind beim Mischen hochviskoser Polymerlösungen auf dieses Phänomen gestoßen und waren fasziniert“, erinnert sich Dr. Kyle Baldwin, der Erstautor der Arbeit. Er hat die Bewegung des schwebenden Rührfischchens in einer großen Experimentreihe sorgfältig analysiert und festgestellt, dass seine Bewegungen systematisch sind. Der Rührstab wackelt hin und her, pumpt Flüssigkeit zur Seite und stabilisiert so seine Position. Interessanterweise wird die Flüssigkeit in die entgegengesetzte Richtung gepumpt, wenn die Viskosität reduziert wird, und der Fisch sinkt.

„Unsere Entdeckung soll das Design von bidirektionalen Flüssigkeitspumpen motivieren, das Verständnis für effektive Schwimmtechniken verbessern und ein neues Schwebeverfahren für die containerlose Lagerung oder den reibungslosen Transport bieten“, erklärt Dr. Baldwin.

Diese grundlegende Entdeckung könnte in der Robotik genutzt werden und neue Möglichkeiten in der Nanotechnologie und Medizin eröffnen, wie z.B. die Bereitstellung leicht steuerbarer künstlicher Mikroschwimmer für eine bessere Diagnostik. Neue Horizonte, die durch diese Entdeckung eröffnet werden, sind wahrlich atemberaubend! Dennoch ist es unwahrscheinlich, dass fliegende Besen Realität werden.

Originalpublikation:

https://journals.aps.org/prl/accepted/43075Y94Afb11f5534792c45ecaa8e6270ea7376a

Carolin Hoffrogge | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

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