Intelligente Tropfen

Forscher haben gezeigt, wie sich unter Ausnutzung der Oberflächenspannung kleine Maschinen aus Flüssigkeiten aufbauen lassen.

Vor wenigen Jahren fand an der Northwestern University in Evanston im US-Bundesstaat Illinois eine außergewöhnliche Demonstration statt. Protagonist in dem materialwissenschaftlichen Experiment war ein Öltropfen, der einen Weg durch ein Labyrinth aus Kunststoffkanälen finden musste.

Anfangs sah es so aus, als würde das nicht funktionieren: Der Tropfen bewegte sich nur zögerlich und bog auch schon mal falsch ab. Es sah fast so aus, als müsse er überlegen. Doch am Ende schaffte die Flüssigkeit es: Der Öltropfen navigierte von einer Seite des Labyrinths zur anderen – und agierte dabei anscheinend intelligent, wie ein Beweisvideo untermauert.

Natürlich gab es bei der Demonstration einen Trick. Das Labyrinth war mit einer Lösung aus Kaliumhydroxid gefüllt, das stark basisch ist. Am Ausgang befand sich wiederum ein Gel, das mit Salzsäure getränkt war, die dann in die Kanäle diffundierte und ein pH-Wert-Gefälle erzeugte. Dieses Gefälle sorgte für einen Unterschied der Oberflächenspannung rund um den Tropfen und zog diesen nach vorne. Die Ölflüssigkeit folgt also nur dem pH-Gefälle, bis das Salzsäuregel gefunden war. Letztlich lag die Intelligenz des Tropfens also in der chemischen Beschaffenheit des Labyrinths – und dessen Geometrie folgte er stur.

Doch wenn ein Öltropfen aber ein Labyrinth lösen kann, was können Flüssigkeiten noch tun? Nate Cira und Manu Prakash von der Stanford University in Kalifornien haben das Experiment ihrer Kollegen mittlerweile aufgegriffen und zu einer neuen Idee umgewandelt.

Sie nutzen ein ähnliches Phänomen, um Tropfen zu schaffen, die sich gegenseitig voranschieben. In ihrem aktuellen Experiment ist das gut nachvollziehbar, weil jeder einzelne Tropfen mit einer Lebensmittelfarbe codiert ist. Die Forscher haben auch einfache Maschinen gezeigt, die Kreis- oder Pendelbewegungen nachvollziehen. Eine weitere Demonstration sortiert Tropfen nach Oberflächenspannung. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit könnten im Bereich der Mikrofluidik nützlich sein, bei der chemische Stoffe durch mikroskopische Kanäle gepumpt werden, um Laboraufgaben zu erledigen.

Auch Cira und Prakash haben ihr Verfahren in einem Video festgehalten, das in der "Gallery of Fluid Motion" der American Physical Society veröffentlicht wurde. Ihre Vorhersage: "Intelligente" Tropfen könnten in den nächsten Jahren noch wichtig werden. ()