Naukowcy porównują funkcjonalność swojego materiału do sposobu, w jaki koniki polne magazynują energię w nogach przed skokiem.
W nieoczekiwanym odkryciu inżynierowie z University of Colorado Boulder (CU Boulder) opracowali materiał, który najpierw odkształca się, a następnie wystrzeliwuje w powietrze po podgrzaniu. Naukowcy twierdzą, że pewnego dnia materiał może zostać wykorzystany do pomocy miękkim robotom w skakaniu lub podnoszeniu przedmiotów.
Zobacz też: Ten robot stąpa po wodzie dzięki napięciu powierzchniowemu i alkoholowi
W ramach badania badaczka Tayler Hebner, która uzyskała stopień doktora inżynierii chemicznej i biologicznej na CU Boulder w 2022 roku, wraz ze współpracownikami przyglądała się różnym sposobom, w jakie klasa materiałów znana jako elastomery ciekłokrystaliczne zachowywała się po wystawieniu na działanie ciepła. Materiały te są zestaloną i elastyczną wersją ciekłych kryształów stosowanych w wyświetlaczach, takich jak ekrany laptopów lub telewizorów, a pewnego dnia mogą nawet zostać użyte w przednich szybach, aby chronić pilotów przed chwilowym oślepieniem przez wskaźniki laserowe.
Obserwowaliśmy, jak ciekłokrystaliczny elastomer zachowuje się na gorącej płycie, zastanawiając się, dlaczego nie przybiera oczekiwanego kształtu. Nagle ze sceny testowej wyskoczył na blat. Oboje spojrzeliśmy na siebie zdezorientowani, ale też podekscytowani.
— powiedziała Hebner
Dalsze badania przeprowadzone z kolegami z California Institute of Technology ujawniły, że przyczyną skaczącego zachowania był fakt, że film, który był mniej więcej wielkości soczewki kontaktowej, składał się z trzech warstw. Po podgrzaniu dwie górne warstwy kurczą się szybciej niż warstwa dolna, co powoduje, że przybierają one kształt stożka. W końcu z powodu narastania napięcia stożek odwraca się, uderzając w powierzchnię, na której jest podgrzewany, i wzbija się w powietrze. W testach naukowcy odkryli, że w ciągu zaledwie sześciu milisekund film może wzrosnąć do prawie 200-krotności swojej grubości.
Kiedy następuje ta inwersja, materiał przeskakuje i podobnie jak dziecięca zabawka wyskakuje z powierzchni – powiedział współautor badania, Timothy White, profesor inżynierii chemicznej i biologicznej na CU Boulder. Pod tym względem badania są echem badań przeprowadzonych na Uniwersytecie Harvarda w 2020 roku, w których projekt zabawki z popperami zainspirował siłownik, który pewnego dnia może pomóc miękkim robotom w pokonywaniu trudnego terenu.
Naukowcy porównują akcję filmu do sposobu, w jaki koniki polne osiągają imponujące pokazy skoków i wierzą, że to również może mieć miejsce w rozwoju miękkich robotów – tych maszyn, które działają bez metali lub innych twardych materiałów, takich jak te, które chodzą tak szybko jak ludzie, używając światła i pól magnetycznych.
W naturze wiele adaptacji, takich jak noga konika polnego, wykorzystuje zmagazynowaną energię, na przykład niestabilność sprężystą — powiedział White. Próbujemy stworzyć syntetyczne materiały, które naśladują te naturalne właściwości.
W ramach odkrywania struktury używanych folii zespół badawczy odkrył, że ich materiał może również skakać przez chłodzenie zamiast ogrzewania. Mówią też, że dodając nogi do filmu, materiał może zyskać kontrolę kierunkową. Chociaż zespół przyznaje, że materiał może nie stać się głównym źródłem lokomocji w miękkich robotach, uważa, że odkrycie pomaga poszerzyć wiedzę o tym, jak sprawić, by te innowacyjne maszyny działały lepiej, ponieważ pokazuje potencjał materiałów do przechowywania, a następnie uwalniania energii w określonych warunkach.
To potężny przykład tego, jak podstawowe koncepcje, które badamy, mogą przekształcić się w projekty, które działają w złożony i niesamowity sposób – powiedział Hebner.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Science Advances. Materiał w akcji możecie zobaczyć na poniższym filmie.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: CU Boulder | New Atlas
grafika główna wykorzystana we wpisie, pochodzi z bazy Depositphotos
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.