美國麻省理工學院（MIT）研究人員開發出一種新方法，能利用液體的溫度梯度來推動物體運動。他們還通過實驗首次演示了物體表面和周圍液體之間的溫差能產生推力運動——這種效應可以廣泛擴展到自然界，是一種很有潛力的未來技術。在自然界，這種機制會影響冰山在海面的漂浮，巖石在地下巖漿中的運動等。相關論文發表在本周出版的《物理評論快報》上。
據物理學家組織網近日報導，這是MIT機械工程副教授託馬斯·皮科克和同事在研究其他溫差效應，如峽谷冰川上方風的形成時意外發現的。研究人員解釋說，液體邊界被加熱或製冷時，邊界與液體之間形成了溫差。「人們一直在固定的物體上研究這種現象。」皮科克說，「如果能把這種液體引向一個漂浮物體的邊界，就能產生推動力。」
皮科克4年前首次研究這一想法，當時集中在擴散引起的緩慢流動上。但擴散很慢，最終產生的推力可能太小而無法利用。他們設計完善的實驗裝置時克服了很大困難。在開始實驗前，要讓水箱中的水和上面的漂浮物體完全靜止，然後設計出只會加熱物體而不會產生漣漪或運動的方法。最後，研究小組設計了一種約5英寸長的金屬楔，其中含有遙控加熱元件。
這種效應本身極其簡單，皮科克解釋說：「給物體表面加熱或製冷，就會改變與物體接觸的液體密度。」峽谷裡的風就是這樣，金屬楔就好比冰川或峽谷山壁，被陽光加熱，包圍的水就好比峽谷的風。
液體密度變化在固體表面形成了流動，皮科克說：「這種流動使一邊比另一邊壓力更大，產生了受力不平衡。」由此將物體從高壓一邊推向低壓一邊。物體浸沒在液體任意位置都適用這種現象，只是它的溫度不同。皮科克說，描述對流的基本方程眾所周知，「人們研究對流已經超過100年，但一直還沒人想到這一點。」
劍橋大學應用數學家和理論物理學家科爾姆-席勒·考菲爾德說，這種現象一直被人們忽視了。「這是一類自然發生的過程，如今被發現、演示並首次得到解釋說明，這是重要的發現。」他並未參與本研究。這種效應可以應用到大系統中，「其原理是我們理解和模擬環境與工業中各種流動的關鍵。」
皮科克正在準備後續實驗，以驗證「這種效應能否應用在工程傳感中」。他說，該方法在控制粒子通過微流設備、研究巖漿中物質流動方面也非常有用，甚至造出某些生物可利用的東西：如果一個很小的生物能靠自身加熱或製冷來推動自己運動，這可能帶來一種重要的機制。