ჰარვარდის მეცნიერებმა შექმნეს „ჭკვიანი“ სითხე: რას აკეთებს და რატომ არის საჭირო

ჰარვარდის ჯონ ა. პაულსონის საინჟინრო და გამოყენებითი მეცნიერებების სკოლის (SEAS) მეცნიერებმა შეიმუშავეს პროგრამირებადი მეტაფლუიდი რეგულირებადი ელასტიურობით, ოპტიკური თვისებებით, სიბლანტით და ნიუტონიურ და არანიუტონურ სითხეებს შორის გადასვლის უნარითაც კი. SciTech დღიური.

ფოტო: iStock.com/Credit:jittawit.21

ლემის ცოცხალი ოკეანე აღარ არის ფიქცია, არამედ ნამდვილი მეცნიერება. მეცნიერებმა შექმნეს ასეთი სახის პირველი მეტა-სითხე. იგი იყენებს მცირე ზომის ელასტომერული სფეროების სუსპენზიას 50-დან 500 მიკრონიმდე. ისინი, დეფორმირებულნი ზეწოლის ქვეშ, რადიკალურად ცვლიან სითხის მახასიათებლებს.

მეტაფლუიდის გამოყენება შესაძლებელია ყველაფერში, დაწყებული ჰიდრავლიკური აქტივატორებით, რობოტებით, ინტელექტუალური ამორტიზატორებით, რომლებსაც შეუძლიათ ენერგიის გაფანტვა დარტყმის ინტენსივობის მიხედვით, ოპტიკურ მოწყობილობებამდე, რომლებიც შეიძლება შეიცვალოს გამჭვირვალედან გაუმჭვირვალედ. შეიტყვეთ 6 ისტორიული საიდუმლოს შესახებ, რომლებზეც პასუხი მეცნიერებმა 2023 წელს იპოვეს ჩვენგან განთავსების.

კვლევა ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა.

„ჩვენ უბრალოდ ვჭრით ზედაპირს, თუ რა არის შესაძლებელი ამ ახალი კლასის სითხეებით“, - თქვა ადელ გელოულმა, SEAS-ის მასალების მეცნიერებისა და მექანიკური ინჟინერიის მკვლევარი და ნაშრომის პირველი ავტორი. „ამ მეტაფლუიდით შეგიძლიათ ბევრი სხვადასხვა რამის გაკეთება სხვადასხვა სფეროში“.

მეტაფლუიდები მყარი მეტამასალების წინააღმდეგ

მეტამასალები არის ხელოვნურად შექმნილი მასალები, რომელთა თვისებები განისაზღვრება მათი სტრუქტურით და არა შემადგენლობით. მეტამასალები მრავალი წლის განმავლობაში ფართოდ გამოიყენება სხვადასხვა პროგრამებში. მაგრამ მასალების უმეტესობა, როგორიცაა ლითონის ლინზები, მყარია. წაიკითხეთ 25 ყველაზე საშიში სუპერმარკეტის სასმელის შესახებ ჩვენს საიტზე მასალა.

„მყარი მეტამასალებისგან განსხვავებით, მეტაფლუიდებს აქვთ ნაკადის და კონტეინერის ფორმასთან ადაპტაციის უნიკალური უნარი“, - განმარტა კატია ბერტოლდიმ, SEAS-ის გამოყენებითი მექანიკის პროფესორმა და ნაშრომის უფროსმა ავტორმა. ”ჩვენი მიზანი იყო შეგვექმნა მეტათხევადი, რომელსაც არა მხოლოდ გააჩნდა ეს შესანიშნავი თვისებები, არამედ უზრუნველყოფდა პლატფორმას პროგრამირებადი სიბლანტის, შეკუმშვისა და ოპტიკური თვისებებისთვის.”

მკვლევართა ჯგუფმა ასობით ათასი ამ უაღრესად დეფორმირებადი სფერული კაფსულა შექმნა, რომლებიც სავსეა ჰაერით და შეაჩერა ისინი სილიკონის ზეთში. როდესაც სითხის შიგნით წნევა იზრდება, კაფსულები იშლება და ქმნის ლინზის ფორმის ნახევარსფეროს. როდესაც ეს წნევა თავისუფლდება, კაფსულები უბრუნდებიან თავიანთ სფერულ ფორმას.

რატომ არის საჭირო მეტა-სითხე?

ეს გადასვლა ცვლის სითხის ბევრ თვისებას, მათ შორის სიბლანტესა და გამჭვირვალობას. ეს თვისებები შეიძლება დარეგულირდეს სითხეში კაფსულების რაოდენობის, სისქის და ზომის შეცვლით.

მკვლევარებმა აჩვენეს სითხის პროგრამირებადობა ჰიდრავლიკურ რობოტულ სამაგრში ჩატვირთვით და მინის ბოთლის, კვერცხისა და მოცვის ასაღებად. ტრადიციულ ჰიდრავლიკურ სისტემაში, რომელიც იკვებება უბრალო ჰაერით ან წყლით, რობოტს დასჭირდება რაიმე სახის სენსორი ან გარე კონტროლი, რათა შეძლოს მისი დაჭერის რეგულირება და სამივე ობიექტის აწევა მათი დამტვრევის გარეშე.

მაგრამ თუ არსებობს მეტა-სითხე, სენსორები არ არის საჭირო. სითხე თავად რეაგირებს სხვადასხვა წნევაზე და ცვლის მის შესაბამისობას. ეს გეხმარებათ დაარეგულიროთ მოჭერის ძალა, რათა აწიოთ მძიმე ბოთლი, ნაზი კვერცხი ან პატარა მოცვი დამატებითი პროგრამირების გარეშე.

„ჩვენ ვაჩვენებთ, რომ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს სითხე მარტივი რობოტისთვის დაზვერვის მისაცემად“, - თქვა გელოულმა.

სითხის ოპტიკური თვისებები და მდგომარეობა

მეტა-თხევადი ცვლის თავის ოპტიკურ თვისებებს წნევის ცვლილების გავლენის ქვეშ.
როდესაც კაფსულები მრგვალია, ისინი ფანტავენ სინათლეს და აქცევენ სითხეს გაუმჭვირვალეს - ისევე როგორც ჰაერის ბუშტები ცქრიალა წყალს თეთრად აქცევს. მაგრამ როდესაც ზეწოლა ხდება და კაფსულები იშლება, ისინი მოქმედებენ მიკროლინზების მსგავსად, ამახვილებენ სინათლის ფოკუსირებას და სითხეს გამჭვირვალე ხდიან. ეს ოპტიკური თვისებები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა ელექტრონული მელანი, რომელიც იცვლის ფერს წნევის მიხედვით.

შეიძლება დაგაინტერესოთ: ნიუ იორკის მთავარი სიახლეები, ჩვენი ემიგრანტების ისტორიები და სასარგებლო რჩევები დიდ ვაშლში ცხოვრების შესახებ - წაიკითხეთ ეს ყველაფერი ForumDaily-ზე ახალი York

მკვლევარებმა აჩვენეს, რომ როდესაც კაფსულები სფერულია, მეტაფლუიდი იქცევა ნიუტონის სითხის მსგავსად, რაც ნიშნავს, რომ მისი სიბლანტე იცვლება მხოლოდ ტემპერატურის მიხედვით. თუმცა, როდესაც კაფსულები იშლება, სუსპენზია იქცევა არანიუტონის სითხეში. ეს ნიშნავს, რომ მისი სიბლანტე შეიცვლება ათვლის სტრესის საპასუხოდ - რაც უფრო მაღალია ის, მით უფრო თხევადი ხდება. ეს არის პირველი მეტაფლუიდი, რომელიც გადადის ნიუტონურ და არანიუტონურ მდგომარეობებს შორის.

შემდეგი, მკვლევარები მიზნად ისახავს მეტაფლუიდის აკუსტიკური და თერმოდინამიკური თვისებების შესწავლას.

"ამ მასშტაბური და ადვილად წარმოების მეტაფლუიდების აპლიკაციის სივრცე უზარმაზარია", - დაასკვნა ბერტოლდიმ.

ასევე წაიკითხეთ ფორუმზე:

ისაუბრეთ ამერიკელივით: რა იდიომები და ფრაზები დაგეხმარებათ გახდეთ "საკუთარი" აშშ - ში

16 იმაზე მიანიშნებს, რომ თქვენი იმუნური სისტემა არ არის კარგი

ვისთვის არ უნდა ისწავლოთ: 6 სპეციალობა, რომელთა მფლობელები ყველაზე ნაკლებს გამოიმუშავებენ

გსურთ უფრო მნიშვნელოვანი და საინტერესო ამბები აშშ-ში ცხოვრებისა და ამერიკაში იმიგრაციის შესახებ? - მხარი დაგვიჭირეთ შემოწირულობა! ასევე გამოიწერეთ ჩვენი გვერდი Facebook. აირჩიეთ „პრიორიტეტი ჩვენებაში“ და ჯერ წაგვიკითხეთ. ასევე, არ დაგავიწყდეთ ჩვენი გამოწერა დეპეშა არხი  და Instagram- იქ ბევრი საინტერესო რამ არის. და შეუერთდი ათასობით მკითხველს ფორუმი დღევანდელი ნიუ – იორკი — იქ ნახავთ უამრავ საინტერესო და პოზიტიურ ინფორმაციას მეტროპოლიის ცხოვრების შესახებ.