เราถูกรายล้อมไปด้วยสสารอันชาญฉลาด เช่น เมนูโลหะผสมที่สามารถห่อของเหลือหรือจรวดผิวหนัง ระบายสีด้วยสีใดก็ได้เท่าที่จะจินตนาการได้ และจอแสดงผลดิจิทัลที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา สิ่งเหล่านี้เกือบทั้งหมดใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติตามธรรมชาติของวัสดุที่ซ่อนอยู่
แต่วัสดุประเภทใหม่นี้มีความหลากหลายมากกว่า แม้กระทั่งสามารถตั้งโปรแกรมได้
สารเหล่านี้รู้จักกันในนามวัสดุเมตาได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันเพื่อให้โครงสร้างเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของสาร แทนที่จะพิจารณาองค์ประกอบ วัสดุ metamaterial บางอย่างอาจทำให้ การถ่ายโอนพลังงานไร้สายทางไกลใช้งานได้จริงคนอื่นก็นำมาได้”เสื้อคลุมล่องหน" หรือ วัสดุแห่งอนาคตที่ตอบสนองต่อคลื่นสมอง.
แต่ตัวอย่างส่วนใหญ่เป็นวัสดุเมตาที่เป็นของแข็ง ทีมของฮาร์วาร์ดสงสัยว่าพวกเขาจะสามารถสร้างเมตาฟลูอิดได้หรือไม่ ปรากฎว่าใช่อย่างแน่นอน ทีมงานเพิ่งบรรยายผลลัพธ์ของพวกเขาใน ธรรมชาติ.
“ไม่เหมือนกับวัสดุเมตาที่เป็นของแข็ง เมตาฟลูอิดมีความสามารถพิเศษในการไหลและปรับให้เข้ากับรูปร่างของภาชนะ” Katia Bertoldi ศาสตราจารย์ด้านกลศาสตร์ประยุกต์ที่ Harvard และผู้เขียนอาวุโสของบทความนี้ กล่าวในการแถลงข่าว- “เป้าหมายของเราคือการสร้างเมตาฟลูอิดที่ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติที่โดดเด่นเหล่านี้เท่านั้น แต่ยังเป็นแพลตฟอร์มสำหรับความหนืดที่ตั้งโปรแกรมได้ ความสามารถในการอัด และคุณสมบัติทางแสง”
เมตาฟลูอิดของทีมประกอบด้วยทรงกลมเล็กๆ ที่ยืดได้หลายแสนลูก แต่ละทรงกลมมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 50 ถึง 500 ไมครอน ซึ่งแขวนลอยอยู่ในน้ำมัน ทรงกลมเปลี่ยนรูปร่างขึ้นอยู่กับแรงดันของน้ำมันโดยรอบ เมื่อความกดดันสูง พวกมันจะเสียรูป ซีกโลกหนึ่งยุบเข้าด้านในจนกลายเป็นรูปพระจันทร์ครึ่งเสี้ยว จากนั้นพวกเขาก็กลับมามีรูปร่างเป็นทรงกลมเดิมอีกครั้งเมื่อลดแรงกดดันลง
คุณสมบัติของเมตาฟลูอิด เช่น ความหนืดหรือความทึบ จะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับรูปร่างที่ทรงกลมที่เป็นส่วนประกอบของมันสันนิษฐาน คุณสมบัติของของไหลสามารถปรับได้อย่างละเอียดโดยพิจารณาจากจำนวนทรงกลมที่อยู่ในของเหลว และขนาดใหญ่หรือหนาเพียงใด
เพื่อเป็นการพิสูจน์แนวคิด ทีมงานได้เติมเมตาฟลูอิดให้กับมือจับหุ่นยนต์ไฮดรอลิก โดยปกติหุ่นยนต์จะต้องได้รับการตั้งโปรแกรมให้ตรวจจับวัตถุและปรับความแข็งแรงของด้ามจับ ทีมงานแสดงให้เห็นว่ากริปเปอร์สามารถปรับให้เข้ากับบลูเบอร์รี่ แก้ว และไข่ได้โดยอัตโนมัติ โดยไม่ต้องมีการตรวจจับหรือเขียนโปรแกรมเพิ่มเติม แรงกดของวัตถุแต่ละชิ้น “ตั้งโปรแกรม” ให้ของเหลวปรับ ช่วยให้มือจับหยิบจับทั้งสามชิ้นได้โดยไม่เสียหายและง่ายดาย
ทีมงานยังแสดงให้เห็นว่าเมตาฟลูอิดสามารถเปลี่ยนจากทึบแสงเมื่อองค์ประกอบมีลักษณะเป็นทรงกลม และโปร่งใสมากขึ้นเมื่อยุบตัว นักวิจัยกล่าวว่ารูปทรงหลังนี้ทำหน้าที่เหมือนเลนส์โฟกัสแสง ในขณะที่รูปทรงแรกกระจายแสง
นอกจากนี้ โปรดทราบว่าเมตาฟลูอิดจะมีพฤติกรรมเหมือนของไหลของนิวตันเมื่อส่วนประกอบของมันเป็นทรงกลม ซึ่งหมายความว่าความหนืดของมันจะเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเท่านั้น อย่างไรก็ตาม เมื่อยุบตัว มันจะกลายเป็นของไหลที่ไม่ใช่แบบนิวตัน ซึ่งความหนืดจะเปลี่ยนไปขึ้นอยู่กับแรงเฉือนที่มีอยู่ ยิ่งแรงเฉือนมาก—นั่นคือแรงขนานที่ดันไปในทิศทางตรงกันข้าม—เมตาฟลูอิดก็จะยิ่งกลายเป็นของเหลวมากขึ้นเท่านั้น
ต่อไป ทีมงานจะตรวจสอบคุณสมบัติเพิ่มเติม เช่น เสียงและอุณหพลศาสตร์ของการสร้างสรรค์เปลี่ยนแปลงไปตามแรงกดดันอย่างไร และพิจารณาถึงการใช้งานเชิงพาณิชย์ การสร้างทรงกลมยืดหยุ่นนั้นค่อนข้างตรงไปตรงมา และพวกเขาคิดว่าเมตาฟลูอิดแบบเดียวกับพวกมันอาจมีประโยชน์ในหุ่นยนต์ ในฐานะโช้คอัพ "อัจฉริยะ" หรือในหมึกอิเล็กทรอนิกส์ที่เปลี่ยนสีได้
“พื้นที่การใช้งานสำหรับเมตาฟลูอิดที่ปรับขนาดได้และผลิตง่ายเหล่านี้มีขนาดใหญ่มาก” Bertoldi กล่าว
แน่นอนว่าการสร้างทีมงานยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย ยังมีห่วงอีกมากที่ต้องดำเนินการก่อนที่จะปรากฏในผลิตภัณฑ์ที่เราทุกคนอาจชื่นชอบ อย่างไรก็ตาม งานนี้ยังได้เพิ่มรายการ metamaterials ที่กำลังเติบโต และแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาว่าจะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลว
เครดิตภาพ: อาเดล ดเจลลูลี/ฮาร์วาร์ด ซีส
- เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
- ที่มา: https://singularityhub.com/2024/04/10/harvards-new-programmable-fluid-shifts-its-properties-on-demand/
