L'oceano su un chip per facilitare lo studio della dinamica delle onde / Ocean on a chip to aid study of wave dynamics

 L'oceano su un chip per facilitare lo studio della dinamica delle onde / Ocean on a chip to aid study of wave dynamics

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

La macchina per le onde in miniatura potrebbe portare a una serie di progressi chiave  /  The miniature wave machine could lead to a number of key advances 

I ricercatori dell'Università del Queensland hanno creato un "oceano" microscopico su un chip di silicio per miniaturizzare lo studio della dinamica delle onde.

Il dispositivo, realizzato presso la Facoltà di Matematica e Fisica dell'università, utilizza uno strato di elio superfluido spesso solo pochi milionesimi di millimetro su un chip più piccolo di un chicco di riso.

Il dottor Christopher Baker ha affermato che si tratta del più piccolo serbatoio d'onda del mondo, con le proprietà quantistiche dell'elio superfluido che gli consentono di fluire senza resistenza, a differenza dei fluidi classici come l'acqua, che a scale così piccole si immobilizzano per viscosità.

 "Lo studio del movimento dei fluidi ha affascinato gli scienziati per secoli... ma gran parte della fisica alla base delle onde e della turbolenza è rimasta un mistero", ha affermato.

"Utilizzando la luce laser per guidare e misurare le onde nel nostro sistema, abbiamo osservato una serie di fenomeni sorprendenti. Abbiamo visto onde inclinate all'indietro anziché in avanti, fronti d'urto e onde solitarie note come solitoni che si propagavano come depressioni anziché come picchi. Questo comportamento insolito era stato previsto in teoria, ma mai osservato prima."

Il professor Warwick Bowen ha affermato che l'approccio su scala di chip del Queensland Quantum Optics Laboratory potrebbe comprimere la durata degli esperimenti di un milione di volte, riducendo i giorni di raccolta dati a millisecondi.

"Nei laboratori tradizionali, gli scienziati utilizzano enormi canali per le onde lunghi fino a centinaia di metri per studiare le dinamiche delle acque basse, come gli tsunami e le onde anomale. Ma queste strutture raggiungono solo una frazione della complessità delle onde che si trovano in natura", ha affermato.

Bowen ha aggiunto che la possibilità di studiare la turbolenza ed il moto ondoso non lineare su scala di chip potrebbe contribuire a trasformare il modo in cui comprendiamo e modelliamo il meteo, il clima e persino l'efficienza delle tecnologie per l'energia pulita, come i parchi eolici.

Il Prof. Bowen ha aggiunto che questo sviluppo apre la strada all'idrodinamica programmabile. "Poiché la geometria ed i campi ottici di questo sistema sono realizzati con le stesse tecniche impiegate per i chip semiconduttori, possiamo progettare la gravità effettiva, la dispersione e la non linearità del fluido con una precisione straordinaria", ha affermato. "Futuri esperimenti potrebbero utilizzare questa tecnologia per scoprire nuove leggi della fluidodinamica ed accelerare la progettazione di tecnologie che vanno dalle turbine agli scafi delle navi".

ENGLISH

Researchers at the University of Queensland have made a microscopic ‘ocean’ on a silicon chip to miniaturise the study of wave dynamics.

The device, made at the university’s School of Mathematics and Physics, uses a layer of superfluid helium only a few millionths of a millimetre thick on a chip smaller than a grain of rice.

Dr Christopher Baker said it was the world’s smallest wave tank, with the quantum properties of superfluid helium allowing it to flow without resistance, unlike classical fluids such as water, which become immobilised by viscosity at such small scales.

 “The study of how fluids move has fascinated scientists for centuries …but a lot of the physics behind waves and turbulence has been a mystery,” he said.

“Using laser light to both drive and measure the waves in our system, we have observed a range of striking phenomena. We saw waves that leant backward instead of forwards, shock fronts, and solitary waves known as solitons which travelled as depressions rather than peaks. This exotic behaviour has been predicted in theory but never seen before.”

Professor Warwick Bowen said the chip-scale approach in the Queensland Quantum Optics Laboratory could compress the duration of experiments by a million-fold, reducing days of data collection to milliseconds.

“In traditional laboratories, scientists use enormous wave flumes up to hundreds of metres long to study shallow-water dynamics such as tsunamis and rogue waves But these facilities only reach a fraction of the complexity of waves found in nature,” he said.

Bowen added that being able to study turbulence and nonlinear wave motion  at the chip scale could help transform how we understand and model the weather, climate, and even the efficiency of clean-energy technologies like wind farms.

Prof Bowen added that the development opens a path to programmable hydrodynamics. “Because the geometry and optical fields in this system are manufactured using the same techniques as those used for semiconductor chips, we can engineer the fluid’s effective gravity, dispersion, and nonlinearity with extraordinary precision,” he said. “Future experiments could use the technology to discover new laws of fluid dynamics and accelerate the design of technologies ranging from turbines to ship hulls.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/ocean-on-a-chip-to-aid-study-of-wave-dynamics