Ήταν το 1726 που ο Sir Isaac Newton μοιράστηκε για πρώτη φορά την ιστορία του πώς καθόταν κάποτε κάτω από μια μήλα που σκέφτηκε γιατί οι καρποί έπεφταν κατ 'ευθείαν στο έδαφος. Ο φυσικός είπε ότι αυτοί οι κεντρικοί διαλογισμοί είναι αυτό που τον οδήγησε προηγουμένως να θέσει τη θεωρία της βαρύτητας το 1687. Μερικοί έστρεψαν ακόμα την ιστορία για να υποδείξουν ότι η ιδέα τον έπληξε κυριολεκτικά με τη μορφή ενός μήλου στο κεφάλι.
Ωστόσο, συχνά δεν περιμένουμε να πέσει ένα μήλο από ένα υποκατάστημα για να το εκμεταλλευτεί. Αντ 'αυτού το βγάζουμε από τον εαυτό μας - ένα εύκολο έργο όταν το αντικείμενο είναι σταθερό.
Όταν ασχολούμαστε με υγρά και προσπαθούμε να παράγουμε σταγονίδια, είμαστε ακόμα στο έλεος της βαρύτητας. Χρειάζεται μόνο να χορηγήσετε σταγόνες στα μάτια σας, χρησιμοποιώντας μια πιπέτα που έρχεται με ένα φιαλίδιο που αγοράστηκε από το κατάστημα, μια φορά για να μάθετε πόσο δύσκολο είναι να αξιοποιήσετε τις δυνάμεις βαρύτητας προς όφελός σας και να καθοδηγήσετε ακριβή σταγονίδια ανάλογα με τη δοσολογία στο σπρώξιμο- ανοιχτό μάτι.
Το σημερινό μηχάνημα που χρησιμοποιείται για την έγχυση υγρών σε κάψουλες με χάπι περιορίζεται εξίσου από τη δύναμη της βαρύτητας, όπως και ο μηχανισμός μέσα σε έναν εκτυπωτή που εκτοξεύει μελάνι πάνω σε ένα κομμάτι χαρτί ή ακόμα και τα ακροφύσια που διανέμουν τα υγρά συστατικά για να κάνουν καραμέλες.
Εντούτοις, αν μπορεί κανείς να αψηφήσει τη δύναμη που μας κρατά όλα γειωμένη, ανοίγει ένα πλήρες πεδίο δυνατοτήτων - ειδικά στο πεδίο ανάπτυξης της παραγωγής προσθέτων, όπου η τεχνολογία χρησιμοποιείται για την κατασκευή τρισδιάστατων αντικειμένων ένα λεπτό στρώμα τη φορά. Οι ερευνητές του πανεπιστημίου του Χάρβαρντ αναφέρουν σήμερα στην Science Advances ότι έχουν αναπτύξει μια νέα τεχνική που χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα για τον έλεγχο της εκτύπωσης σταγονιδίων κατά παραγγελία, ανεξάρτητα από το ιξώδες του υγρού.
Με τον έλεγχο της θέσης στόχου, τα εκτοξευόμενα σταγονίδια μπορούν να εναποτεθούν προσεκτικά και να σχεδιαστούν οπουδήποτε. Σε αυτό το παράδειγμα, οι σταγόνες μελιού σχεδιάζονται σε γυάλινο υπόστρωμα. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ) Ίσως όχι σε αντίθεση με τον ίδιο τον Νεύτωνα, ο συγγραφέας της μελέτης Daniele Foresti, εφαρμοσμένος φυσικός στο Χάρβαρντ, εργαζόταν σε άσχετες έρευνες στο εργαστήριό του, χρησιμοποιώντας ακουστική διδασκαλία για να αναστείλει πράγματα όπως κόκκοι καφέ, νερό και ακόμη και οδοντογλυφίδες στον αέρα, αυτό που έκανε στην εκτύπωση τον χτύπησε. Ήταν σε θέση να θέσει το όραμά του στη δοκιμασία όταν έγινε μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο σε σκηνοθεσία της Jennifer Lewis, επιστήμονας υλικών στο Harvard και συν-συγγραφέας στη μελέτη που ειδικεύεται στην εκτύπωση 3D.
Οι τυπικοί εκτυπωτές inkjet δημιουργούν εικόνες χρησιμοποιώντας μικρά σταγονίδια μελάνης, αλλά ο τύπος μελάνης που χρησιμοποιείται πρέπει να ταιριάζει σε ένα γλυκό σημείο ιξώδους - περίπου 10 φορές πιο παχύρρευστο από το νερό - να ρέει εύκολα αρκετά ώστε να σχηματίζουν σταγονίδια γρήγορα και να στάζουν προς τα κάτω με τη βοήθεια της βαρύτητας. Αλλά τι γίνεται αν θέλετε να έχετε περισσότερη εντολή για τα παχύτερα υγρά, αναρωτιούνται ερευνητές. Μερικές φορές τα βιοπολυμερή με βάση τη ζάχαρη, όπως κολλώδη όπως το μέλι - μιλάμε 25.000 φορές πιο παχύρρευστο από το νερό - χρησιμοποιούνται στη βιοφαρμακευτική παρασκευή.
Με αυτό το στόχο, η ομάδα δημιούργησε ένα εργαλείο που ονομάζεται subwave ή subwavelength acoustophoretic voxel ejector, το οποίο είναι ένα φανταστικό επιστημονικό όνομα για μια μικροσκοπική συσκευή με έναν κυλινδρικό θάλαμο, όπου ένα εξαιρετικά περιορισμένο ακουστικό πεδίο δημιουργεί δύναμη έλξης 100 φορές ισχυρότερη από βαρύτητα στην άκρη ενός μικρού ακροφυσίου εκτυπωτή.
Χρησιμοποιώντας το subWAVE, οι ερευνητές δημιούργησαν ένα σωρό σωρού με σταγονίδια. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ) Το υγρό κατεβαίνει κάτω από το ακροφύσιο και καθώς φτάνει στην κορυφή, αρχίζει να αναπτύσσεται ένα σταγονίδιο. Μπορείτε να παρατηρήσετε αυτό που συμβαίνει όταν πάντα-έτσι-ελαφρώς στροφή βρύση σας και να παρακολουθήσετε τα στάγδην αυξάνονται πριν βυθιστεί προς το κάτω μέρος του νεροχύτη. Όταν το σταγονίδιο φτάσει στο επιθυμητό μέγεθος, τα ελεγχόμενα ηχητικά κύματα χορηγούνται γεμίζοντας τον θάλαμο με τέτοια ένταση ώστε το σταγονίδιο να απομακρύνεται ακριβώς από το άκρο της ράβδου - ακριβώς όπως "ένα μήλο από ένα δέντρο", λέει ο Lewis - και οδηγείται με ασφάλεια στο υλικό κάτω από το σημείο όπου πρέπει να εκτυπωθεί ή να εγχυθεί.
"Η χρήση της ακουστικής ακτινοβολίας για να εξαφανιστεί από ένα ακροφύσιο είναι καινούργια και πολύ δροσερή", λέει ο Bruce Drinkwater, μηχανικός υπερήχων στο Πανεπιστήμιο του Bristol που δεν συμμετείχε στην έρευνα. "Αυτό σημαίνει ότι καθώς η σταγόνα αναδύεται, μπορεί να τραβηχτεί ελεγχόμενα από το ακροφύσιο. Είναι σαν ένα ζευγάρι αόρατα χέρια που διαμορφώνουν και χυτεύουν τη σταγόνα καθώς εμφανίζεται. "
Όταν στηρίζεται σε απλή παλιά βαρύτητα για να μετακινήσετε ακριβή σταγονίδια σε ακριβείς θέσεις, το ιξώδες ή η ροή του υγρού περιπλέκει την εργασία. Αλλά όταν αρνηθεί η βαρύτητα, το ιξώδες δεν έχει τόση σημασία. Η ομάδα μπόρεσε να χρησιμοποιήσει αυτήν την τεχνολογία για να "εκτυπώσει" τις σταγόνες μιας ευρείας γκάμας υγρών, από υγρό μέταλλο σε ρητίνη, που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μικροσκοπικών φακών της κάμερας για την πρόληψη κυτταρικών υγρών.
Η ομάδα διέσπασε ένα Oreo με σταγόνες μελιού. (Daniele Foresti, Jennifer A. Lewis, Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ) Ενώ οι ερευνητές πιστεύουν ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς, είναι ιδιαίτερα συναρπαστική για τη φαρμακευτική βιομηχανία και τον αναπτυσσόμενο τομέα των βιολογικών προϊόντων, η οποία περιλαμβάνει την παροχή ευαίσθητου και εξαιρετικά συμπυκνωμένου κυτταρικού υλικού σε ασθενείς για τη θεραπεία ασθενειών. Επειδή ο ήχος δεν διαπερνά εύκολα τα υγρά, το ευαίσθητο κυτταρικό υλικό θα μπορούσε να μεταφερθεί με ασφάλεια χρησιμοποιώντας αυτή τη νέα τεχνική, λέει ο Lewis.
"Αυτό που το κάνει ένα πολύ σημαντικό κομμάτι της δουλειάς είναι ότι είναι περισσότερο ή λιγότερο ανεξάρτητο από το τυπωμένο υγρό, το οποίο επεκτείνει το εύρος των υλικών που μπορούν να τυπωθούν", λέει ο Drinkwater.
Έγραψαν ακόμη και σταγονίδια μελιού σε ένα μπισκότο Oreo.
