Studija tima sa Harvarda pokazuje da ultra-omeki čvrsti materijali, poput gelova i bioloških tkiva, mogu istovremeno formirati V-oblike talasnih tragova (kao kod tečnosti) i pretrpeti deformacije tipične za talase u čvrstim telima. Istraživanje otkriva vezu između brzine poremećaja i širine traga — brži poremećaji sužavaju trag. Autori predlažu potencijalne neinvazivne "soft diagnostics" za procenu svojstava tkiva bez hirurškog zahvata.
Harvard: Talasni tragovi u ultra-omekim materijalima povezuju Kelvinove i Rayleigh-ove teorije
Scientists Formed Wake-Like Waves in Solid Matteraire images - Getty Images
Nova studija iz Harvarda otkriva da ultra-omeki čvrsti materijali — poput gelova i biološkog tkiva — mogu istovremeno formirati V-oblike talasnih tragova karakteristične za tečnosti i pokazivati deformacije tipične za talase u čvrstim materijalima. Otkriće briše decenijama prihvaćenu granicu između Kelvinovih i Rayleigh-ovih opisa talasa i otvara mogućnosti za neinvazivne medicinske dijagnostike.
Šta su Kelvinovi i Rayleighovi talasi?
Kelvinov obrazac je V-oblik talasnog traga koji ostavlja brod na površini vode; matematički ga je opisao lord Kelvin 1887. Rayleighovi talasi, opisani ranije, pojavljuju se na površinama čvrstih tela i karakterišu ih pomeranja koja dovode do vidljive deformacije materijala, kao što se dešava kod seizmičkih talasa.
Kako se ova studija razlikuje
Tim sa Harvarda, predvođen Lakshminarayananom Mahadevanom, eksperimentalno i teorijski je istražio režim u kojem zajedno deluju gravitacija, površinska napetost (kapilaritet) i elastodinamika. U ultra-omekim supstancama, poremećaj koji se prostire može stvoriti izvjestan "wake" u V-obliku, ali istovremeno i značajno deformisati površinu — kombinacija koja nije u potpunosti obuhvaćena klasičnim teorijama.
"Pretpostavljao sam da postoji prirodan način da se glatko premosti ponašanje površinskih talasa između čvrstih tela i tečnosti," rekao je Mahadevan. "Naš rad otkriva upravo tu prelaznu oblast."
Ključni nalazi
- U ultra-omekim materijalima postoji kvantitativna veza između brzine poremećaja i širine talasnog traga: brži poremećaji dovode do sužavanja traga.
- Obrazac talasa u takvim površinama nosi podatke o mehaničkim svojstvima materijala — na primer, o njegovoj krutosti.
- Studija kombinuje laboratorijske eksperimente i teorijske modele koje je objavio časopis Physical Review Letters.
Moguće primene: "soft diagnostics"
Istraživači predlažu koncept soft diagnostics: neinvazivni testovi koji bi analizom oblika talasnog traga procenjivali meke bionske strukture. U medicini, takav pristup mogao bi pomoći da se oceni krutost organa ili tkiva i potencijalno ukaže na prisustvo lezija ili tumora bez hirurške intervencije.
Šta sledi
Otkriće otvara više pravaca za dalja istraživanja: dublje razumevanje formiranja talasnih obrazaca u biološkim tkivima, optimizacija metoda za merenje svojstava materijala i razvoj praktičnih soft-diagnostic protokola. Autori napominju da su potrebni dodatni eksperimenti i teorijski modeli pre nego što tehnologija bude spremna za kliničke primene.
Ova otkrića imaju univerzalnu vrednost za fiziku mekih materijala i potencijalno značajne primene u biomedicini, te bi mogla zainteresovati istraživače i praktičare i izvan akademskih krugova.
Pomozite nam da budemo bolji.
