私たちの周りには、残り物や皮膚ロケットを包むことができる合金のメニュー、想像できるあらゆる色の絵の具、そして絶えず変化するデジタルディスプレイなど、独創的な物質があふれています。事実上、これらはすべて、基礎となる材料の自然な特性を利用しています。
しかし、新興クラスの材料はより多用途であり、プログラム可能です。
メタマテリアルとして知られるこれらの物質は、組成ではなく構造構成がその特性を決定するように細心の注意を払って設計されています。一部のメタマテリアルは、 長距離ワイヤレス給電が実用化、他の人が「透明マント"または 脳波に反応する未来的な素材.
しかし、ほとんどの例は固体のメタマテリアルであり、ハーバード大学のチームはメタ流体を作ることができるのではないかと考えました。結局のところ、はい、間違いなくそうです。チームは最近、その結果について次のように説明しました。 自然.
「固体のメタマテリアルとは異なり、メタ流体は、流れて容器の形状に適応する独特の能力を持っています」とハーバード大学の応用力学教授で論文の主著者であるカティア・ベルトルディ氏は次のように述べています。 プレスリリースで述べています。 「私たちの目標は、これらの優れた特性を備えているだけでなく、プログラム可能な粘度、圧縮率、および光学特性のプラットフォームを提供するメタ流体を作成することでした。」
研究チームのメタ流体は、油の中に浮遊する、直径 50 ～ 500 ミクロンの小さな伸縮性のある球体数十万個で構成されています。球体は周囲の油の圧力に応じて形状を変化させます。より高い圧力では、それらは変形し、一方の半球が内側につぶれて一種の半月の形になります。その後、圧力が解放されると、元の球形に戻ります。
メタ流体の特性 (粘度や不透明度など) は、その構成要素である球体がどの形状を取るかに応じて変化します。液体の特性は、液体内にある球の数と、それらの大きさまたは厚さに基づいて微調整できます。
概念実証として、チームは油圧ロボットグリッパーにメタ流体を充填しました。ロボットは通常、物体を感知して握力を調整するようにプログラムする必要があります。研究チームは、追加のセンシングやプログラミングを必要とせずに、グリッパーがブルーベリー、グラス、卵に自動的に適応できることを示しました。それぞれの物体の圧力によって液体が調整されるように「プログラム」され、グリッパーが 3 つすべてを損傷なく簡単に掴めるようになりました。
研究チームはまた、メタ流体が、その構成成分が球形であるときの不透明な状態から、崩壊するときにより透明な状態に切り替わることができることも示した。研究者らによると、後者の形状は光を集束させるレンズのように機能し、前者は光を散乱させるという。
また、メタ流体は、その成分が球形である場合、ニュートン流体のように動作します。つまり、その粘度は温度の変化によってのみ変化します。しかし、それらが崩壊すると、非ニュートン流体となり、存在するせん断力に応じて粘度が変化します。せん断力、つまり反対方向に押す平行力が大きいほど、メタ流体の液体は多くなります。
次に、チームは追加の特性 (作品の音響や熱力学が圧力によってどのように変化するかなど) を調査し、商品化を検討します。弾性球自体を作るのは非常に簡単で、彼らのようなメタ流体はロボットや「インテリジェントな」衝撃吸収材、あるいは色を変える電子インクなどに役立つかもしれないと彼らは考えている。
「これらのスケーラブルで生成が容易なメタ流体の応用空間は膨大です」とベルトルディ氏は述べています。
もちろん、チームの作品はまだ研究段階にあります。私たち全員が楽しめる製品にそれが登場するまでには、まだ乗り越えるべき困難がたくさんあります。それでも、この研究は増え続けるメタマテリアルのリストに追加され、固体から液体への移行の可能性を示しています。
画像のクレジット： アデル・ジェロウリ/ハーバードSEAS
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- 情報源： https://singularityhub.com/2024/04/10/harvards-new-programmable-fluid-shifts-its-properties-on-demand/
