منوعات

السائل الذكي | علم يوميا

قام الباحثون في كلية جون إيه بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية بجامعة هارفارد (SEAS) بتطوير سائل ميتا قابل للبرمجة يتمتع بالمرونة والخصائص البصرية واللزوجة وحتى القدرة على الانتقال بين السوائل النيوتونية وغير النيوتونية.

يستخدم السائل الميتافلوري الأول من نوعه معلقًا من كرات مطاطية صغيرة – بين 50 و500 ميكرون – والتي تتشوه تحت الضغط، مما يؤدي إلى تغيير خصائص السائل بشكل جذري. يمكن استخدام Metafluid في كل شيء بدءًا من المحركات الهيدروليكية إلى الروبوتات المبرمجة، إلى ممتصات الصدمات الذكية التي يمكنها تبديد الطاقة بناءً على شدة التأثير، إلى الأجهزة البصرية التي يمكنها التحول من اللون الواضح إلى اللون الداكن.

يتم نشر البحث في طبيعة.

وقال عادل جلولي، الباحث المشارك في علوم المواد والهندسة الميكانيكية في SEAS والمؤلف الأول لهذه الورقة: “نحن فقط نخدش سطح ما هو ممكن مع هذه الفئة الجديدة من السوائل”. “باستخدام هذه المنصة الواحدة، يمكنك القيام بالعديد من الأشياء المختلفة في العديد من المجالات المختلفة.”

المواد الخارقة – وهي مواد مصنوعة اصطناعيًا يتم تحديد خصائصها من خلال بنيتها وليس تركيبها – تم استخدامها على نطاق واسع لسنوات في مجموعة متنوعة من التطبيقات. لكن معظم المواد – مثل العدسات المعدنية التي تم تطويرها في مختبر فيديريكو كاباسو، أستاذ الفيزياء التطبيقية لروبرت إل. والاس، والباحث الأول في الهندسة الكهربائية بجامعة SEAS – هي قوية.

قالت كاتيا بيرتولدي، أستاذة الميكانيكا التطبيقية في كلية ويليام وآمي كوان دانوف للميكانيكا التطبيقية في كلية العلوم التطبيقية والمؤلفة الرئيسية للورقة البحثية: “خلافًا للمواد الخارقة الصلبة، تتمتع السوائل الخارقة بقدرة فريدة على التدفق والتكيف مع شكل الحاوية الخاصة بها”. “كان هدفنا هو إنشاء سائل ميتا لا يمتلك هذه السمات الرائعة فحسب، بل يوفر أيضًا منصة للزوجة القابلة للبرمجة والانضغاط والخصائص البصرية.”

باستخدام تقنية تصنيع قابلة للتطوير بدرجة كبيرة تم تطويرها في مختبر ديفيد أ. ويتز، أستاذ الفيزياء والفيزياء التطبيقية في مالينكرودت في SEAS، أنتج فريق البحث مئات الآلاف من هذه الكبسولات الكروية شديدة التشوه والمملوءة بالهواء وعلقتها في زيت السيليكون. . وعندما يزداد الضغط داخل السائل، تنهار الكبسولات لتشكل نصف كرة على شكل عدسة. وعندما يتم إزالة هذا الضغط، تعود الكبسولات إلى شكلها الكروي.

يعدل هذا التحول العديد من خصائص السائل، بما في ذلك اللزوجة والعتامة. يمكن تعديل هذه الخصائص عن طريق تغيير عدد وسمك وحجم الكبسولات الموجودة في السائل.

أظهر الباحثون قابلية برمجة السائل عن طريق تحميل الميتافلويد في قابض آلي هيدروليكي وجعل القابض يلتقط زجاجة وبيضة وتوت. في النظام الهيدروليكي التقليدي الذي يتم تشغيله ببساطة عن طريق الهواء أو الماء، سيحتاج الروبوت إلى نوع من الاستشعار أو التحكم الخارجي ليتمكن من ضبط قبضته والتقاط الأشياء الثلاثة دون سحقها.

ولكن مع الميتافلويد، لا حاجة للكشف. يستجيب السائل نفسه لضغوط مختلفة، ويغير مرونته لضبط قوة المقبض حتى تتمكن من الإمساك بزجاجة ثقيلة، وبيضة رقيقة، وتوت صغير، دون برمجة إضافية.

وقال جلولي: “لقد أظهرنا أنه يمكننا استخدام هذا السائل لتزويد روبوت بسيط بالذكاء”.

أظهر الفريق أيضًا بوابة منطقية موائعية يمكن إعادة برمجتها عن طريق تغيير الموائع الخارقة.

يقوم الميتافلويد أيضًا بتغيير خصائصه البصرية عند تعرضه لضغوط متغيرة.

عندما تكون الكبسولات مستديرة، فإنها تنشر الضوء، مما يجعل السائل معتمًا، مثلما تجعل فقاعات الهواء الماء الغازي يبدو أبيضًا. ولكن عندما يتم الضغط وتنهار الكبسولات، فإنها تعمل مثل العدسات الدقيقة، حيث تركز الضوء وتجعل السائل شفافًا. ويمكن استخدام هذه الخصائص البصرية في تطبيقات مختلفة، مثل الأحبار الإلكترونية التي يتغير لونها حسب الضغط.

وأظهر الباحثون أيضًا أنه عندما تكون الكبسولات كروية، فإن السائل الخارق يتصرف مثل السائل النيوتوني، أي أن لزوجته تتغير فقط استجابة لدرجة الحرارة. ومع ذلك، عندما تنهار الكبسولات، يتحول المعلق إلى سائل غير نيوتوني، مما يعني أن لزوجته ستتغير استجابة لقوة القص: كلما زادت قوة القص، أصبح أكثر سيولة. إنه أول سائل ميتا يظهر أنه ينتقل بين الحالات النيوتونية وغير النيوتونية.

ويهدف الباحثون بعد ذلك إلى استكشاف الخصائص الصوتية والديناميكية الحرارية للسوائل الميتاوية.

وقال بيرتولدي: “إن مساحة تطبيق هذه السوائل الميتافورية القابلة للتطوير وسهلة الإنتاج هائلة”.

قام مكتب تطوير التكنولوجيا بجامعة هارفارد بحماية الملكية الفكرية المرتبطة بهذا البحث ويقوم باستكشاف فرص التسويق.

تم تمويل البحث جزئيًا من قبل NSF من خلال المنحة رقم DMR-2011754 من مركز علوم وهندسة أبحاث المواد بجامعة هارفارد.

شارك في كتابته بيرت فان رايمدونك، يانغ وانغ، يي يانغ، أنتوني كايلود، ديفيد ويتز، شموئيل روبنشتاين وبنجامين غوريسن.

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى