Projektbeschreibung
Verschmelzung von Bereichen der weichen Materie könnte zu Mikromaschinen mit eigenem Denken führen
Gefrorenes Wasser verwandelt sich von festem kristallinem Eis direkt in flüssiges Wasser. Manche Materialen zeigen eine Zwischenphase. Die Moleküle dieser sogenannten Flüssigkristalle organisieren sich selbst so, dass ihre Ausrichtung trotz des „Fließens“ bestimmten Verformungen widersteht. Diese Anordnung ist relevant für Konzepte, die von der Organisation von Biomembranen bis hin zu Flüssigkristall-Displays für Konsumgüter reichen. Flüssigkristallkolloide sind eine spannende Integration von Flüssigkristallen und Kolloiden; kolloidale Partikel werden dabei im Gegensatz zu herkömmlichen Flüssigkeiten in einem Flüssigkristall-Medium dispergiert. Die Selbstassemblierung in solchen Systemen kann zum Entstehen physikalischer Verhaltensweisen führen, die denen biologischer Systeme ähneln. Das EU-finanzierte Projekt [LC]2 beabsichtigt die Nutzung dieser Eigenschaften, um die Selbstassemblierung aktiver nematischer Strukturen voranzubringen – biomimetische, autonome freibewegliche, kolloidale Flüssigkristall-Minimaschinen.
Ziel
We propose an unprecedented class of soft, self-assembled and self-motile micro-machines. The combined qualities of active fluids and colloidal liquid crystals can be leveraged to design intrinsically out-of- equilibrium hierarchal structures, or ‘Living’ Colloidal Liquid Crystals [LC]2. The study of colloidal interactions and self-assembly in active nematics has yet to be considered and constitutes an unexplored and inter-disciplinary application of the emerging sciences of active matter and colloidal liquid crystals. Activity will endow dynamical multi-scale colloidal structures with autonomous functionality, including self-motility, self-revolution and dynamical self-transformations, which are exactly the characteristics one would desire for a first generation of autonomous components of micro-biomechanical systems and soft micro-machines. As hybrids between biological active fluids and man-made materials, [LC]2 structures represent an early foray into ‘living’ metamaterials, in which active self-assembly of simple components produces a rich diversity of behaviours and the potential for autonomously tunable material properties, mimicking biological complexity. In particular, we hypothesize self-assembled [LC]2 dimer turbines, colloidal flagella and ant-like group retrieval. These systems represent a fundamentally innovative concept that we propose to drive nanotechnology into a new future of soft materials that biomimetically self-assemble and autonomously enact functions. It is our multiscale coarse-grained simulations and expertise in flowing active nematic fluids that generates the opportunity for this unique line of research.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
EH8 9YL Edinburgh
Vereinigtes Königreich