屏幕里的气泡一会儿变大一会儿变小，还在移动
UNIST Jung Junu教授团队提出对称物体非对称运动理论
助力微型机器人设计，刊登于《Nature Communications》
微观世界中物体能够实现运动的一种全新原理首次被揭示。这一研究成果有望应用于制造微型机器人等多个研究领域。
蔚山科学技术院（UNIST，总长 Lee Yonghoon）物理学系 Jung Junwoo 教授团队5日表示，他们发现，即使仅在液晶这种物质中周期性地改变物体的大小，也能使其朝一个方向前进。同时还提出了可解释这一现象成因的理论模型。
在对称的球形中，空气泡会向各个方向均匀地膨胀或收缩，其中心无法发生位移，但处在液晶中的空气泡却表现出不同的运动方式。
研究显示，被广泛用于各类显示器的液晶虽然像液体一样可以流动，却具有类似固体的有序排列结构。研究团队将直径约为一根头发粗细的空气泡置于液晶中，并调节压力。
像给气球充气、放气一样，周期性地改变空气泡的大小。随着空气泡尺寸发生变化，它仿佛违背物理定律般朝一个方向运动。这与在水中即使大小变化也无法朝单一方向前进的情况形成鲜明对比。
研究团队从物理学角度对这一现象进行了阐释。液晶在空气泡附近的结构会被扰乱，形成一种称为位相缺陷的特殊结构。由于缺陷仅在空气泡的某一侧产生，尽管气泡外形对称，却会在某一方向上受到更大的力。
尺寸变化的气泡在膨胀或收缩时会推挤或牵引液晶，从而扰乱液晶结构。由此，在气泡变大与变小的过程中，传递给气泡的力大小并不相同。随着气泡不断经历膨胀和收缩的周期，它便会逐步向一侧移动。
第一作者研究员 Kim Sungjo 表示：“我们首次观测到，仅靠对称物体重复对称运动，也能实现单向运动。”
Kim 研究员还表示：“这一原理有望推广应用到超越液晶的各类复杂流体体系中。”
Jung Junwoo 教授称：“时空对称性的破缺在微观世界的运动中发挥着重要作用，本研究给出了非常有趣的结果”，并表示“这一成果也将有助于微型机器人制造相关研究”。
该研究于2月9日在线发表在享有世界权威的国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。
本研究在科学技术信息通信部韩国研究财团、基础科学研究院以及斯洛文尼亚研究基金会的资助下完成。
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