Onderzoekers creëren 'slimme vloeistof' met programmeerbare eigenschappen

Onderzoekers van de prestigieuze Harvard University presenteerden onlangs een fascinerend en potentieel revolutionair nieuw materiaal: “ Metafluide »Die kan worden geprogrammeerd om de kenmerken ervan te wijzigen.

Deze vloeistof behoort tot de familie van metamaterialen. Deze term verwijst naar een klasse van zeer specifieke synthetische materialen. Over het algemeen zijn de eigenschappen van een materiaal (hardheid, geleidbaarheid, etc.) vooral afhankelijk van de samenstelling ervan. Metamaterialen daarentegen wijken van deze regel af, omdat de soorten atomen en moleculen waaruit ze zijn samengesteld slechts een vrij beperkte rol spelen; Ze ontlenen hun kenmerken vooral aan hun structuur.

Deze specificiteit komt voort uit het feit dat ze dat wel zijn Het bestaat uit grote aantallen microscopisch kleine deeltjes waarvan de grootte, vorm en rangschikking kunnen worden gecontroleerd Op verschillende manieren, vooral via geluid of elektromagnetische golven.

Deze diversiteit heeft ervoor gezorgd dat metamaterialen zich de afgelopen decennia in veel disciplines hebben gevestigd. Tegenwoordig spelen ze bijvoorbeeld een belangrijke rol bij het creëren van geavanceerde systemen op gebieden zoalsVisueel waar is de bedrade en draadloze communicatie.

Een vloeistof met variabele eigenschappen

Maar hoe interessant ze ook zijn, de meeste van deze metamaterialen lijden ook aan grote beperkingen: op enkele uitzonderingen na zijn ze allemaal solide. De meeste materiaalwetenschappelijke onderzoekers zijn het er echter over eens dat om het volledige potentieel van deze materialen te benutten, het noodzakelijk zal zijn om met succes vloeibare metamaterialen te creëren – en dat is precies wat het Harvard-team is gelukt met metavloeistoffen.

” In tegenstelling tot vaste stoffen hebben supervloeistoffen het vermogen om te stromen en zich aan te passen aan de vorm van hun container. Ons doel was om een ​​metavloeistof te creëren die niet alleen deze opmerkelijke eigenschappen bezat, maar ook een manier bood om de viscositeit, samendrukbaarheid en optische eigenschappen ervan te programmeren. », legden de auteurs van het onderzoek uit in A Ik heb gerapporteerd.

Om dit resultaat te bereiken, zijn ze begonnen met siliconenolie waarin ze honderdduizenden kleine, bolvormige, met lucht gevulde elastomeercapsules hebben opgehangen die naar believen kunnen vervormen, op een volledig omkeerbare manier. Wanneer de druk in de vloeistof toeneemt, stort de capsule in elkaar en neemt een vorm aan die vaag lijkt op die van een lens, en omgekeerd wanneer de druk stijgt.

Op onze schaal verandert deze transformatie de eigenschappen van de vloeistof volledig, te beginnen met de ondoorzichtigheid van de vloeistof. Wanneer de capsules rond zijn, verstrooien ze het licht sterk, waardoor de vloeistof bijna ondoorzichtig wordt. Maar nadat het van vorm is veranderd, focust het deze stralen, waardoor de vloeistof transparant wordt. Bovendien kun je, door de grootte, dikte en concentratie van de capsules aan te passen, gemakkelijk allerlei verschillende combinaties bedenken.

A ” Slimme vloeistof »

Wat nog interessanter is, is dat de transformatie ook de viscositeit beïnvloedt. Wanneer de capsules rond zijn, gedraagt ​​de metafiele vloeistof zich als een zeer klassieke vloeistof. Aan de andere kant vertoont het in de andere configuratie eigenschappen die doorgaans geassocieerd worden met zogenaamde complexe of niet-Newtoniaanse vloeistoffen; De viscositeit neemt toe met de intensiteit van de krachten die erop inwerken, totdat het bijna volledig vast wordt. Het lijkt een beetje op een kom gevuld met water en maïzena, je kunt je hand er gemakkelijk in onderdompelen, zolang je maar langzaam beweegt. Aan de andere kant kun je dus door een zwembad gevuld met complexe vloeistoffen rennen zonder erin te verdrinken.

Om het belang van hun concept aan te tonen, ontwierpen de onderzoekers een experiment op basis van een hydraulische robotarm gevuld met deze metavloeistof. Het doel was om met hetzelfde apparaat drie totaal verschillende objecten – een tamelijk zware glazen fles, een ei en een bes – met succes vast te leggen.

Er bestaan ​​al systemen die veelzijdig genoeg zijn om dit te bereiken, maar alleen als ze zijn uitgerust met specifieke sensoren om de druk die op het doel wordt uitgeoefend in realtime aan te passen. Hier is de sensor echter niet nodig; Volgens het persbericht is het de vloeistof zelf die direct reageert op druk, waardoor de eigenschappen ervan veranderen afhankelijk van de kracht die door de robotarm wordt uitgeoefend. Om deze reden noemen de onderzoekers hun supervloeistof “ Slimme vloeistof “.

De demonstratie laat zien dat het kan worden gebruikt in multifunctionele hydraulische systemen, maar uiteindelijk zullen er ongetwijfeld nog veel andere toepassingen ontstaan ​​op gebieden zoals optica. Het zal interessant zijn om te zien op welke gebieden dit soort materiaal in de toekomst zal worden gebruikt.

De tekst van het onderzoek is beschikbaar hier.

🟣 Abonneer u om geen nieuws over Journal du Geek te missen Google Nieuws. En als je ons leuk vindt, hebben we elke ochtend een nieuwsbrief.