Naukowcy opracowali „inteligentny” płyn. Ma odmienić robotykę i motoryzację

Programowalna ciecz o regulowanej sprężystości, właściwościach optycznych, lepkości, a nawet zdolności do przejścia między płynem newtonowskim i nienewtonowskim powstała w Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS).

Niezwykły płyn może znaleźć zastosowanie w amortyzatorach, podnosząc komfort jazdy samochodem

Pierwsza w swoim rodzaju metaciecz wykorzystuje zawiesinę małych elastomerowych kuleczek – o średnicy od 50 do 500 mikronów – które wyginają się pod ciśnieniem, zmieniając właściwości płynu. Można ją wykorzystać praktycznie we wszystkim, od siłowników hydraulicznych przez roboty po inteligentne amortyzatory, które mogą rozpraszać energię w zależności od intensywności uderzenia, po urządzenia optyczne, które mogą zmieniać się ze stanu przezroczystego na nieprzezroczysty.

Najlepsze amortyzatory

Wyniki badań na temat nowej metacieczy opublikowano w czasopiśmie „Nature”. – Dopiero identyfikujemy zakres możliwości tej nowej klasy płynów – powiedział Adel Djellouli, pracownik naukowy w dziedzinie inżynierii materiałowej i inżynierii mechanicznej w SEAS. Jego zdaniem metaciecz będzie miała zastosowanie w olbrzymiej ilości dziedzin.

Metamateriały — sztucznie zaprojektowane materiały, których właściwości zależą raczej od ich struktury niż składu — od lat są szeroko stosowane. Jednak większość z nich –na przykład metale ma formę stałą. – W przeciwieństwie do stałych metamateriałów, metaciecze mają wyjątkową zdolność dostosowywania się do kształtu pojemnika – powiedzieli Katia Bertoldi, William i Ami Kuan Danoff, profesor mechaniki stosowanej w SEAS. – Naszym celem było stworzenie metacieczy, która nie tylko posiada te niezwykłe cechy, ale także pozwala dowolnie zaprojektować parametry lepkości, ściśliwości i właściwości optycznych – dodali.

Czytaj więcej

Powstał materiał odporny na temperaturę 1000°C. Odmieni lotnictwo i energetykę

Zespół wyprodukował setki tysięcy wysoce odkształcalnych kulistych kapsułek wypełnionych powietrzem i zawieszonych w oleju silikonowym. Kiedy ciśnienie wewnątrz cieczy wzrasta, kapsułki zapadają się, tworząc półkulę przypominającą soczewkę. Kiedy ciśnienie zostanie usunięte, kapsułki powracają do swojego kulistego kształtu. To przejście zmienia wiele właściwości cieczy, w tym jej lepkość i nieprzezroczystość.

Jak działa rewolucyjna metaciecz

Metaciecz zmienia swoje właściwości optyczne pod wpływem zmieniających się ciśnień. Kiedy kapsułki są okrągłe, rozpraszają światło, sprawiając, że płyn jest nieprzezroczysty, jednak po zastosowaniu nacisku i kapsułki zapadną się, zachowują się jak mikrosoczewki, skupiając światło i nadając cieczy przezroczystość.

Naukowcy wykazali również, że gdy kapsułki są kuliste, metaciecz zachowuje się jak płyn Newtona, co oznacza, że jego lepkość zmienia się jedynie w zależności od temperatury. Jednakże, gdy kapsułki zapadną się, zawiesina przekształca się w płyn nienewtonowski, co oznacza, że jej lepkość będzie się zmieniać w odpowiedzi na siłę ścinającą — im większa siła ścinająca, tym bardziej staje się płynna. Jest to pierwsza metaciecz, w przypadku której wykazano przejście między stanami newtonowskimi i nienewtonowskimi.