We zijn omringd door ingenieuze substanties: een menu van metaallegeringen waarmee je restjes kunt verpakken of raketten kunt bedekken, verf in elke denkbare kleur en steeds veranderende digitale displays. Vrijwel al deze maken gebruik van de natuurlijke eigenschappen van de onderliggende materialen.

Maar een opkomende klasse materialen is veelzijdiger en zelfs programmeerbaar.

Deze stoffen staan ​​bekend als metamaterialen en zijn zo minutieus ontworpen dat hun structurele samenstelling – in tegenstelling tot hun samenstelling – hun eigenschappen bepaalt. Sommige metamaterialen kunnen dat wel doen Praktische draadloze energieoverdracht over lange afstanden, anderen zouden kunnen brengen “onzichtbaarheidsmantels"Of futuristische materialen die reageren op hersengolven.

Maar de meeste voorbeelden zijn solide metamaterialen; een team van Harvard vroeg zich af of ze een metavloeistof konden maken. Het blijkt: ja, absoluut. Het team beschreef onlangs hun resultaten in NATUUR.

“In tegenstelling tot vaste metamaterialen hebben metavloeistoffen het unieke vermogen om te stromen en zich aan te passen aan de vorm van hun container”, zegt Katia Bertoldi, hoogleraar toegepaste mechanica aan Harvard en senior auteur van het artikel, zei in een persbericht. “Ons doel was om een ​​metafluïde te creëren die niet alleen deze opmerkelijke eigenschappen bezit, maar ook een platform biedt voor programmeerbare viscositeit, samendrukbaarheid en optische eigenschappen.”

De metavloeistof van het team bestaat uit honderdduizenden kleine, rekbare bolletjes, elk met een doorsnede van tussen de 50 en 500 micron, opgehangen in olie. De bollen veranderen van vorm afhankelijk van de druk van de omringende olie. Bij hogere druk vervormen ze, waarbij één halfrond naar binnen instort in de vorm van een halve maan. Ze hervatten dan hun oorspronkelijke bolvorm wanneer de druk wordt verlicht.

De eigenschappen van de metafluïde, zoals viscositeit of ondoorzichtigheid, veranderen afhankelijk van welke van deze vormen de samenstellende sferen aannemen. De eigenschappen van de vloeistof kunnen worden verfijnd op basis van het aantal bollen in de vloeistof en hoe groot of dik ze zijn.

Als proof of concept vulde het team een ​​hydraulische robotgrijper met hun metavloeistof. Robots moeten meestal worden geprogrammeerd om objecten te detecteren en de grijpkracht aan te passen. Het team liet zien dat de grijper zich automatisch kon aanpassen aan een bosbes, een glas en een ei, zonder dat daarvoor extra detectie of programmering nodig was. De druk van elk object ‘programmeerde’ de vloeistof om zich aan te passen, waardoor de grijper ze alle drie onbeschadigd kon oppakken.

Het team toonde ook aan dat de metavloeistof kon overschakelen van ondoorzichtig (wanneer de bestanddelen bolvormig waren) naar transparanter (wanneer ze instortten). De laatste vorm functioneert volgens de onderzoekers als een lens die licht focust, terwijl de eerste vorm licht verstrooit.

Merk ook op dat de metavloeistof zich als een Newtoniaanse vloeistof gedraagt ​​wanneer de componenten bolvormig zijn, wat betekent dat de viscositeit alleen verandert bij temperatuurschommelingen. Wanneer ze instorten, wordt het echter een niet-Newtoniaanse vloeistof, waarvan de viscositeit verandert afhankelijk van de aanwezige schuifkrachten. Hoe groter de afschuifkracht, dat wil zeggen parallelle krachten die in tegengestelde richtingen duwen, hoe vloeibaarder de metafluïde wordt.

Vervolgens zal het team aanvullende eigenschappen onderzoeken, zoals hoe de akoestiek en thermodynamica van hun creatie veranderen onder druk, en kijken naar commercialisering. Het maken van de elastische bollen zelf is vrij eenvoudig, en ze denken dat metavloeistoffen zoals die van hen nuttig kunnen zijn in robots, als ‘intelligente’ schokdempers, of in kleurveranderende e-inkten.

“De toepassingsruimte voor deze schaalbare, eenvoudig te produceren metavloeistoffen is enorm”, zegt Bertoldi.

Uiteraard bevindt de oprichting van het team zich nog in de onderzoeksfase. Er zijn nog een heleboel hoepels die we moeten verkennen voordat het verschijnt in producten waar we allemaal van kunnen genieten. Toch draagt ​​het werk bij aan een groeiende lijst van metamaterialen – en toont het de belofte van de overgang van vast naar vloeibaar.

Krediet van het beeld: Adel Djellouli/Harvard SEAS

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://singularityhub.com/2024/04/10/harvards-new-programmable-fluid-shifts-its-properties-on-demand/