Sfruttare il moto browniano

Piccole particelle sospese in un liquido sono costantemente colpite da collisioni con altre molecole, facendole oscillare in modo irregolare in un modo noto come moto browniano. Il fenomeno - osservato per la prima volta dal botanico Robert Brown nel 1824 e successivamente descritto teoricamente da Albert Einstein - è di natura onnipresente, una conseguenza inevitabile dell'energia termica nell'ambiente. Ora, il biochimico dell'Università di Chicago R. Dean Astumian sostiene che applicando forze esterne e impiegando vari trucchi, possiamo influenzare questi meandri altrimenti casuali e far muovere le cose più da una parte che dall'altra, gettando così le basi per dispositivi potenzialmente utili.

Una disposizione consisterebbe in un tubo inclinato che presenta una serie di elettrodi positivi e negativi fissati lungo un lato e che contiene anche un fluido riempito con particelle caricate negativamente. Quando l'elettricità è accesa, l'attrazione elettrica indurrà tutte le particelle ad accumularsi sugli elettrodi positivi. Quando l'elettricità è disattivata, la gravità farà andare alla deriva la maggior parte delle particelle verso il basso. Ma a causa del moto browniano, alcuni saliranno occasionalmente. Se queste particelle che viaggiano verso l'alto riescono a superare l'elettrodo negativo, che si trova appena sopra il positivo, saranno spinte in salita verso l'elettrodo positivo successivo quando l'elettricità viene ripristinata. Il resto delle particelle che sono andate alla deriva in discesa tornerà all'elettrodo positivo dove erano originariamente riunite. Ripetendo questo processo, accendendo e spegnendo l'elettricità nei momenti giusti, possiamo generare un movimento netto in salita, spiega Astumian.

Questa storia faceva parte del nostro numero di ottobre 1997

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Se vengono aggiunte al tubo particelle più grandi, composte dallo stesso materiale e recanti la stessa carica negativa, tenderanno a spostarsi in discesa più delle particelle più piccole, perché subiscono una forza di gravità più forte con una resistenza di attrito relativamente minore. Se lo fai bene, puoi finire con una situazione in cui le particelle grandi si muovono in discesa mentre le particelle piccole si muovono in salita, dice Astumian. Ciò potrebbe essere estremamente utile, aggiunge, perché al momento non ci sono modi davvero validi per separare le particelle in base alle dimensioni. L'approccio del moto browniano distorto, dice, potrebbe fornire la base per dispositivi pratici che potrebbero separare continuamente proteine ​​o altre molecole nell'elaborazione biologica o chimica.

Ma anche se tali applicazioni non andranno a buon fine, la ricerca dovrebbe, per lo meno, contribuire a un nuovo apprezzamento del movimento casuale, guidato dalla temperatura, noto anche come rumore termico. Abbiamo sempre considerato il rumore termico come qualcosa di cui sbarazzarci, afferma Astumian. Ma ora stiamo adottando l'approccio opposto e cercando di usarlo in modo costruttivo.

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