04 Nisan 2024 (Nanowerk HaberleriHarvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan (SEAS) araştırmacılar, ayarlanabilir yaylanma, optik özellikler, viskozite ve hatta Newton tipi ve Newton tipi olmayan bir akışkan arasında geçiş yapma kabiliyetine sahip programlanabilir bir metaakışkan geliştirdiler. Türünün ilk örneği olan metaakışkan, basınç altında bükülen ve sıvının özelliklerini kökten değiştiren küçük, elastomer kürelerden (50 ila 500 mikron arasında) oluşan bir süspansiyon kullanıyor. Metaakışkan, hidrolik aktüatörlerden program robotlarına, darbenin yoğunluğuna bağlı olarak enerjiyi dağıtabilen akıllı amortisörlere ve şeffaftan mata geçiş yapabilen optik cihazlara kadar her şeyde kullanılabilir. Araştırma şu adreste yayınlandı: Tabiat (“Programlanabilir metaakışkanlar için kabuk burkulması”). SEAS Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Araştırma Görevlisi ve makalenin ilk yazarı Adel Djellouli, "Bu yeni sıvı sınıfıyla mümkün olanın yalnızca yüzeyini çiziyoruz" dedi. "Bu tek platformla pek çok farklı alanda pek çok farklı şey yapabilirsiniz."
metamalzemeler Özellikleri bileşimden ziyade yapılarına göre belirlenen yapay olarak tasarlanmış malzemeler, yıllardır çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak Federico Capasso, Uygulamalı Fizik Profesörü Robert L. Wallace ve SEAS Elektrik Mühendisliği Kıdemli Araştırma Görevlisi Vinton Hayes'in laboratuvarında öncülük edilen metalensler gibi malzemelerin çoğu katıdır. SEAS Uygulamalı Mekanik Profesörü ve makalenin kıdemli yazarı Katia Bertoldi, "Katı metamalzemelerden farklı olarak, metaakışkanlar benzersiz bir şekilde akma ve bulundukları kabın şekline uyum sağlama yeteneğine sahiptir" dedi. "Amacımız, yalnızca bu olağanüstü özelliklere sahip olmakla kalmayıp aynı zamanda programlanabilir viskozite, sıkıştırılabilirlik ve optik özellikler için bir platform sağlayan bir metaakışkan yaratmaktı." Araştırma ekibi, SEAS'ta Mallinckrodt Fizik ve Uygulamalı Fizik Profesörü David A. Weitz'in laboratuvarında geliştirilen yüksek düzeyde ölçeklenebilir bir üretim tekniği kullanarak, havayla doldurulmuş ve bunları silikon yağı içinde askıya alınmış bu yüksek derecede deforme olabilen küresel kapsüllerden yüz binlerce üretti. . Sıvının içindeki basınç arttığında kapsüller çökerek mercek benzeri bir yarım küre oluşturur. Bu basınç kaldırıldığında kapsüller küresel şekillerine geri döner.
Sıvının basıncı kaldırıldığında kapsüller küresel şekillerine geri döner. (Resim: Adel Djellouli, Harvard SEAS) Bu geçiş, viskozite ve opaklık da dahil olmak üzere sıvının birçok özelliğini değiştiriyor. Bu özellikler, sıvıdaki kapsüllerin sayısı, kalınlığı ve boyutu değiştirilerek ayarlanabilir. Araştırmacılar, metaakışkanı hidrolik bir robotik tutucuya yükleyerek ve tutucunun bir cam şişe, bir yumurta ve bir yaban mersini almasını sağlayarak sıvının programlanabilirliğini gösterdiler. Basit hava veya su ile çalışan geleneksel bir hidrolik sistemde, robotun tutuşunu ayarlayabilmesi ve üç nesneyi de ezmeden alabilmesi için bir tür algılamaya veya harici kontrole ihtiyacı olacaktır. Ancak metaakışkanla hiçbir algılamaya gerek yoktur. Sıvının kendisi farklı basınçlara tepki verir ve hiçbir ek programlamaya gerek kalmadan ağır bir şişeyi, narin bir yumurtayı ve küçük bir yaban mersini alabilmek için tutucunun kuvvetini ayarlayacak şekilde uyumunu değiştirir. Djellouli, "Bu sıvıyı basit bir robota zeka kazandırmak için kullanabileceğimizi gösteriyoruz" dedi. Ekip ayrıca metaakışkanı değiştirerek yeniden programlanabilecek bir akışkan mantık kapısını da gösterdi. Metaakışkan aynı zamanda değişen basınçlara maruz kaldığında optik özelliklerini de değiştirir. Kapsüller yuvarlak olduğunda, ışığı dağıtarak sıvıyı opak hale getirirler, tıpkı hava kabarcıklarının gazlı suyun beyaz görünmesine benzer şekilde. Ancak basınç uygulandığında ve kapsüller çöktüğünde, mikro mercekler gibi davranarak ışığı odaklıyor ve sıvıyı şeffaf hale getiriyorlar. Bu optik özellikler, basınca bağlı olarak renk değiştiren e-mürekkepler gibi çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca, kapsüller küresel olduğunda metaakışkanın Newton sıvısı gibi davrandığını, yani viskozitesinin yalnızca sıcaklığa tepki olarak değiştiğini gösterdi. Bununla birlikte, kapsüller çöktüğünde süspansiyon Newtonyen olmayan bir sıvıya dönüşür; bu, kesme kuvvetine tepki olarak viskozitesinin değişeceği anlamına gelir; kesme kuvveti ne kadar büyükse, o kadar akışkan olur. Bu, Newtonyen ve Newtonyen olmayan durumlar arasında geçiş yaptığı gösterilen ilk metaakışkandır. Daha sonra araştırmacılar metaakışkanın akustik ve termodinamik özelliklerini keşfetmeyi hedefliyor. Bertoldi, "Bu ölçeklenebilir, üretimi kolay metaakışkanların uygulama alanı çok büyük" dedi.
Sıvının basıncı kaldırıldığında kapsüller küresel şekillerine geri döner. (Resim: Adel Djellouli, Harvard SEAS) Bu geçiş, viskozite ve opaklık da dahil olmak üzere sıvının birçok özelliğini değiştiriyor. Bu özellikler, sıvıdaki kapsüllerin sayısı, kalınlığı ve boyutu değiştirilerek ayarlanabilir. Araştırmacılar, metaakışkanı hidrolik bir robotik tutucuya yükleyerek ve tutucunun bir cam şişe, bir yumurta ve bir yaban mersini almasını sağlayarak sıvının programlanabilirliğini gösterdiler. Basit hava veya su ile çalışan geleneksel bir hidrolik sistemde, robotun tutuşunu ayarlayabilmesi ve üç nesneyi de ezmeden alabilmesi için bir tür algılamaya veya harici kontrole ihtiyacı olacaktır. Ancak metaakışkanla hiçbir algılamaya gerek yoktur. Sıvının kendisi farklı basınçlara tepki verir ve hiçbir ek programlamaya gerek kalmadan ağır bir şişeyi, narin bir yumurtayı ve küçük bir yaban mersini alabilmek için tutucunun kuvvetini ayarlayacak şekilde uyumunu değiştirir. Djellouli, "Bu sıvıyı basit bir robota zeka kazandırmak için kullanabileceğimizi gösteriyoruz" dedi. Ekip ayrıca metaakışkanı değiştirerek yeniden programlanabilecek bir akışkan mantık kapısını da gösterdi. Metaakışkan aynı zamanda değişen basınçlara maruz kaldığında optik özelliklerini de değiştirir. Kapsüller yuvarlak olduğunda, ışığı dağıtarak sıvıyı opak hale getirirler, tıpkı hava kabarcıklarının gazlı suyun beyaz görünmesine benzer şekilde. Ancak basınç uygulandığında ve kapsüller çöktüğünde, mikro mercekler gibi davranarak ışığı odaklıyor ve sıvıyı şeffaf hale getiriyorlar. Bu optik özellikler, basınca bağlı olarak renk değiştiren e-mürekkepler gibi çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Araştırmacılar ayrıca, kapsüller küresel olduğunda metaakışkanın Newton sıvısı gibi davrandığını, yani viskozitesinin yalnızca sıcaklığa tepki olarak değiştiğini gösterdi. Bununla birlikte, kapsüller çöktüğünde süspansiyon Newtonyen olmayan bir sıvıya dönüşür; bu, kesme kuvvetine tepki olarak viskozitesinin değişeceği anlamına gelir; kesme kuvveti ne kadar büyükse, o kadar akışkan olur. Bu, Newtonyen ve Newtonyen olmayan durumlar arasında geçiş yaptığı gösterilen ilk metaakışkandır. Daha sonra araştırmacılar metaakışkanın akustik ve termodinamik özelliklerini keşfetmeyi hedefliyor. Bertoldi, "Bu ölçeklenebilir, üretimi kolay metaakışkanların uygulama alanı çok büyük" dedi.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64964.php
