15:08 2024-04-03 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Lichid inteligent: Cercetătorii dezvoltă metafluid cu răspuns programabil

_ Lichid inteligent: cercetătorii dezvoltă metafluid cu răspuns programabil< /h3>

Cercetătorii de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) au dezvoltat un metafluid programabil cu elasticitate reglabilă, proprietăți optice, vâscozitate și chiar capacitatea de a trece între un fluid newtonian și non-newtonian. .

Primul metafluid de acest fel folosește o suspensie de sfere mici, elastomerice — între 50 și 500 de microni — care se flambează sub presiune, modificând radical caracteristicile fluidului. Metafluidul ar putea fi folosit în orice, de la actuatoare hidraulice la roboți de program, la amortizoare inteligente care pot disipa energia în funcție de intensitatea impactului, până la dispozitive optice care pot trece de la transparent la opac.

Cercetarea. este publicat în Nature.

„Doar zgâriem suprafața a ceea ce este posibil cu această nouă clasă de fluide”, a spus Adel Djellouli, cercetător asociat în știința materialelor și inginerie mecanică la SEAS și primul autor al lucrării hârtia. „Cu această singură platformă, ai putea face atât de multe lucruri diferite în atât de multe domenii diferite.”

Metamaterialele – materiale concepute artificial ale căror proprietăți sunt determinate mai degrabă de structura lor decât de compoziție – au fost utilizate pe scară largă într-o gamă largă de cereri de ani de zile. Dar majoritatea materialelor, cum ar fi metalensurile, pionier în laboratorul lui Federico Capasso, Robert L. Wallace profesor de fizică aplicată și Vinton Hayes Senior Research Fellow în inginerie electrică la SEAS, sunt solide.

„Spre deosebire de metamaterialele solide, metafluidele au capacitatea unică de a curge și de a se adapta la forma recipientului lor”, a spus Katia Bertoldi, William și Ami Kuan Danoff profesor de mecanică aplicată la SEAS și autor principal al lucrării. „Scopul nostru a fost să creăm un metafluid care nu numai că posedă aceste atribute remarcabile, ci oferă și o platformă pentru vâscozitate programabilă, compresibilitate și proprietăți optice.”

Folosind o tehnică de fabricație extrem de scalabilă dezvoltată în laboratorul lui David A. Weitz, profesor Mallinckrodt de fizică și fizică aplicată la SEAS, echipa de cercetare a produs sute de mii de aceste capsule sferice extrem de deformabile umplute cu aer și le-au suspendat în ulei de siliciu. Când presiunea din interiorul lichidului crește, capsulele se prăbușesc, formând o jumătate de sferă asemănătoare lentilei. Când această presiune este îndepărtată, capsulele revin în forma lor sferică.

Această tranziție modifică multe dintre proprietățile lichidului, inclusiv vâscozitatea și opacitatea acestuia. Aceste proprietăți pot fi reglate prin modificarea numărului, grosimii și mărimii capsulelor din lichid.

Cercetătorii au demonstrat programabilitatea lichidului prin încărcarea metafluidului într-o pinza robotizată hidraulică și prin ridicarea acestuia. o sticlă, un ou și o afine. Într-un sistem hidraulic tradițional alimentat de aer sau apă simplu, robotul ar avea nevoie de un fel de senzor sau de control extern pentru a-și putea regla prinderea și a ridica toate cele trei obiecte fără a le zdrobi.

Dar cu ajutorul metafluid, nu este nevoie de detectare. Lichidul în sine răspunde la diferite presiuni, modificându-și complianța pentru a regla forța prinderii pentru a putea ridica o sticlă grea, un ou delicat și o afine mică, fără programare suplimentară.

„Noi. arată că putem folosi acest fluid pentru a dota inteligența într-un robot simplu”, a spus Djellouli.

Echipa a demonstrat, de asemenea, o poartă logică fluidică care poate fi reprogramată prin schimbarea metafluidului.

De asemenea, metafluidul își schimbă proprietățile optice atunci când este expus la presiuni în schimbare.

Când capsulele sunt rotunde, ele împrăștie lumina, făcând lichidul opac, la fel cum bulele de aer fac ca apa aerată să pară albă. Dar atunci când se aplică presiune și capsulele se prăbușesc, ele acționează ca microlentile, concentrând lumina și făcând lichidul transparent. Aceste proprietăți optice ar putea fi utilizate pentru o serie de aplicații, cum ar fi cernelurile electronice care își schimbă culoarea în funcție de presiune.

Cercetătorii au arătat, de asemenea, că atunci când capsulele sunt sferice, metafluidul se comportă ca un fluid newtonian, adică vâscozitatea sa se modifică doar ca răspuns la temperatură. Cu toate acestea, atunci când capsulele sunt prăbușite, suspensia se transformă într-un fluid non-newtonian, ceea ce înseamnă că vâscozitatea sa se va modifica ca răspuns la forța de forfecare - cu cât forța de forfecare este mai mare, cu atât devine mai fluidă. Acesta este primul metafluid despre care s-a dovedit că face tranziția între stările newtoniene și non-newtoniene.

În continuare, cercetătorii își propun să exploreze proprietățile acustice și termodinamice ale metafluidului.

" Spațiul de aplicare pentru aceste metafluide scalabile și ușor de produs este uriaș”, a spus Bertoldi.

Oficiul de Dezvoltare Tehnologică din Harvard a protejat proprietatea intelectuală asociată cu această cercetare și explorează oportunități de comercializare.

(Fluierul)

Inapoi