Είμαστε περιτριγυρισμένοι από έξυπνες ουσίες: ένα μενού από κράματα μετάλλων που μπορούν να τυλίξουν υπολείμματα ή ρουκέτες δέρματος, βαφές σε οποιοδήποτε χρώμα μπορείτε να φανταστείτε και ψηφιακές οθόνες που συνεχώς μεταμορφώνονται. Σχεδόν όλα αυτά εκμεταλλεύονται τις φυσικές ιδιότητες των υποκείμενων υλικών.

Αλλά μια αναδυόμενη κατηγορία υλικών είναι πιο ευέλικτη, ακόμη και προγραμματιζόμενη.

Γνωστές ως μεταϋλικά, αυτές οι ουσίες είναι σχολαστικά κατασκευασμένες έτσι ώστε η δομική τους σύνθεση —σε αντίθεση με τη σύνθεσή τους— να καθορίζει τις ιδιότητές τους. Κάποια μεταϋλικά μπορεί να κάνουν πρακτική ασύρματη μεταφορά ισχύος σε μεγάλες αποστάσεις, άλλοι θα μπορούσαν να φέρουν "μανδύες αόρατων" ή φουτουριστικά υλικά που ανταποκρίνονται στα εγκεφαλικά κύματα.

Αλλά τα περισσότερα παραδείγματα είναι στερεά μεταϋλικά - μια ομάδα του Χάρβαρντ αναρωτήθηκε αν θα μπορούσαν να φτιάξουν ένα μεταρευστό. Όπως αποδεικνύεται, ναι, απολύτως. Η ομάδα περιέγραψε πρόσφατα τα αποτελέσματά της Φύση.

«Σε αντίθεση με τα στερεά μεταϋλικά, τα μεταρευστά έχουν τη μοναδική ικανότητα να ρέουν και να προσαρμόζονται στο σχήμα του δοχείου τους», δήλωσε η Katia Bertoldi, καθηγήτρια εφαρμοσμένης μηχανικής στο Χάρβαρντ και ανώτερη συγγραφέας της εργασίας. δήλωσε σε δελτίο Τύπου. «Στόχος μας ήταν να δημιουργήσουμε ένα μεταρευστό που όχι μόνο θα διαθέτει αυτά τα αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά, αλλά θα παρέχει επίσης μια πλατφόρμα για προγραμματιζόμενο ιξώδες, συμπιεστότητα και οπτικές ιδιότητες».

Το μεταρευστό της ομάδας αποτελείται από εκατοντάδες χιλιάδες μικροσκοπικές, ελαστικές σφαίρες - η καθεμία από 50 έως 500 μικρά πλάτος - αιωρούμενες σε λάδι. Οι σφαίρες αλλάζουν σχήμα ανάλογα με την πίεση του γύρω λαδιού. Σε υψηλότερες πιέσεις, παραμορφώνονται, το ένα ημισφαίριο καταρρέει προς τα μέσα σε ένα είδος σχήματος μισής σελήνης. Στη συνέχεια επαναλαμβάνουν το αρχικό τους σφαιρικό σχήμα όταν εκτονωθεί η πίεση.

Οι ιδιότητες του μεταρευστού -όπως το ιξώδες ή η αδιαφάνεια- αλλάζουν ανάλογα με το ποια από αυτά τα σχήματα προσλαμβάνουν οι συστατικές σφαίρες του. Οι ιδιότητες του ρευστού μπορούν να ρυθμιστούν με ακρίβεια με βάση το πόσες σφαίρες υπάρχουν στο υγρό και πόσο μεγάλες ή παχιές είναι.

Ως απόδειξη της ιδέας, η ομάδα γέμισε μια υδραυλική ρομποτική λαβή με το μεταρευστό της. Τα ρομπότ συνήθως πρέπει να προγραμματίζονται για να αισθάνονται αντικείμενα και να προσαρμόζουν την ισχύ της λαβής. Η ομάδα έδειξε ότι η λαβή μπορούσε να προσαρμοστεί αυτόματα σε ένα βατόμουρο, ένα ποτήρι και ένα αυγό χωρίς να απαιτείται πρόσθετη αίσθηση ή προγραμματισμός. Η πίεση κάθε αντικειμένου «προγραμμάτισε» το υγρό να ρυθμιστεί, επιτρέποντας στην αρπάγη να μαζέψει και τα τρία, άθικτα, με ευκολία.

Η ομάδα έδειξε επίσης ότι το μεταρευστό μπορούσε να αλλάξει από αδιαφανές, όταν τα συστατικά του ήταν σφαιρικά, σε πιο διαφανές, όταν κατέρρεαν. Το τελευταίο σχήμα, είπαν οι ερευνητές, λειτουργεί σαν ένας φακός που εστιάζει το φως, ενώ το πρώτο διασκορπίζει το φως.

Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι το μεταρευστό συμπεριφέρεται σαν νευτώνειο ρευστό όταν τα συστατικά του είναι σφαιρικά, που σημαίνει ότι το ιξώδες του αλλάζει μόνο με τις μετατοπίσεις της θερμοκρασίας. Όταν καταρρέουν, όμως, μετατρέπεται σε μη νευτώνειο ρευστό, όπου το ιξώδες του αλλάζει ανάλογα με τις υπάρχουσες δυνάμεις διάτμησης. Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη διάτμησης —δηλαδή οι παράλληλες δυνάμεις που ωθούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις— τόσο πιο υγρό γίνεται το μεταρευστό.

Στη συνέχεια, η ομάδα θα διερευνήσει πρόσθετες ιδιότητες - όπως το πώς η ακουστική και η θερμοδυναμική της δημιουργίας τους αλλάζουν με την πίεση - και θα εξετάσει την εμπορευματοποίηση. Η κατασκευή των ίδιων των ελαστικών σφαιρών είναι αρκετά απλή και πιστεύουν ότι μεταρευστά όπως το δικό τους μπορεί να είναι χρήσιμα σε ρομπότ, ως «έξυπνα» αμορτισέρ ή σε ηλεκτρονικά μελάνια που αλλάζουν χρώμα.

«Ο χώρος εφαρμογής για αυτά τα κλιμακούμενα, εύκολα στην παραγωγή μεταρευστά είναι τεράστιος», είπε ο Bertoldi.

Φυσικά, η δημιουργία της ομάδας βρίσκεται ακόμα σε ερευνητικό στάδιο. Υπάρχουν πολλά στεφάνια που πρέπει να πλοηγηθείτε ακόμη προτού εμφανιστεί σε προϊόντα που μπορεί να απολαύσουμε όλοι. Ωστόσο, το έργο προσθέτει σε έναν αυξανόμενο κατάλογο μεταϋλικών - και δείχνει την υπόσχεση να μεταβούμε από το στερεό στο υγρό.

Image Credit: Adel Djellouli/Harvard SEAS

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://singularityhub.com/2024/04/10/harvards-new-programmable-fluid-shifts-its-properties-on-demand/