Διοχέτευση μηχανικής ενέργειας σε μια προτιμώμενη κατεύθυνση

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Αρχική > Τύπος > Διοχέτευση μηχανικής ενέργειας προς μια προτιμώμενη κατεύθυνση

Περίληψη:
A research group led by scientists from the RIKEN Center for Emergent Matter Science have developed a unique material, based on nanofillers embedded in a hydrogel, that can channel mechanical energy in one direction but not the other, acting in a “nonreciprocal” way. With this composite material–which can be constructed at various sizes–the team was able to use vibrational up-and-down movements to make liquid droplets rise within a material against gravity. Using this material could thus make it possible to make use of random vibrations and move matter in a preferred direction.

Διοχέτευση μηχανικής ενέργειας προς μια προτιμώμενη κατεύθυνση

Σαϊτάμα, Ιαπωνία | Δημοσιεύτηκε στις 14 Απριλίου 2023

Η διοχέτευση της ενέργειας σε μια προτιμώμενη κατεύθυνση είναι μια σημαντική ιδιότητα που κάνει πραγματικά δυνατή τη ζωή. Πολλές βασικές βιολογικές λειτουργίες όπως η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή γίνονται δυνατές με τη διοχέτευση τυχαίων διακυμάνσεων στη φύση με μη αμοιβαίο τρόπο, για να απομακρύνουν ένα σύστημα από την αυξανόμενη εντροπία, όπως ο διάσημος δαίμονας του Μάξγουελ. Για παράδειγμα, οι συσκευές που επιτρέπουν στην ενέργεια να κινείται κατά προτίμηση είναι στα ηλεκτρονικά, όπου επιτρέπουν το ρεύμα εναλλασσόμενου ρεύματος να μετατρέπεται σε ρεύμα συνεχούς ρεύματος. Παρόμοιες συσκευές χρησιμοποιούνται στα πεδία της φωτονικής, του μαγνητισμού και του ήχου. Ωστόσο, παρά τις πολλές πιθανές χρήσεις, η δημιουργία συσκευών που διοχετεύουν μηχανική ενέργεια έχει αποδειχθεί πιο δύσκολη.

Now, a RIKEN-led group has developed a remarkable but uniform material that is relatively easy to produce and can perform this function. To create it, the group used a hydrogel–a soft material made mainly of water and a polyacrylamide network–and embedded graphene oxide nanofillers into it at a tilted angle. The hydrogel is fixed to the floor, so that the top part can move when subjected to a shear force but not the bottom. And the fillers are set at a tilted angle, so that they angle clockwise from top to bottom. When a shear force is applied from right to left into the leaning nanofillers, they tend to buckle and hence lose their resistance. But if the force is from the other direction, and the nanofillers are facing away from it, the applied shear merely makes them stretch even longer, and they maintain their strength. This allows the sheet to deform in one direction but not the other, and in fact the group measured this difference, finding that the material was approximately 60 times as resistant in one direction than the other.

Ως πείραμα για να δείξουν τι θα μπορούσε πραγματικά να κάνει αυτό, δημιούργησαν ένα μπλοκ από το υλικό και το τοποθέτησαν σε μια δονούμενη βάση. Ανάλογα με την κατεύθυνση κλίσης των ενσωματωμένων νανοπληρωτικών, το υλικό ήταν σε θέση να διοχετεύσει τη δονητική ενέργεια μέσω του υλικού για να κάνει τα σταγονίδια να κινηθούν προς τα δεξιά ή προς τα αριστερά. Θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιήσουν τις δονήσεις για να κάνουν μια κυκλική κίνηση που θα μπορούσε να ελεγχθεί είτε δεξιόστροφα είτε αριστερόστροφα. Κατά την τοποθέτηση της δονούμενης βάσης κατακόρυφα, σταγόνες έγχρωμου υγρού που τοποθετήθηκαν στην υδρογέλη κινήθηκαν προς τα πάνω ενάντια στη βαρύτητα ως δια μαγείας. Με αυτόν τον τρόπο διοχετεύονταν εναλλασσόμενες δονητικές κινήσεις, που συνήθως δεν έχουν καμία χρησιμότητα, για να δημιουργηθεί η κίνηση του δικτύου.

Τέλος, ως περαιτέρω δοκιμή, σε συνεργασία με ερευνητές από το πρόγραμμα RIKEN Hakubi Fellows, η ομάδα τοποθέτησε σκουλήκια Caenorhabditis elegans στο υλικό και παρόλο που οι κινήσεις τους είναι συνήθως τυχαίες, κατέληξαν να κινούνται προς τη μία ή την άλλη πλευρά της υδρογέλης. , ανάλογα με την κατεύθυνση κλίσης των ενσωματωμένων νανοπληρωτικών.

Σύμφωνα με τον Yasuhiro Ishida του RIKEN Center for Emergent Matter Science που ηγήθηκε του έργου, «Ήταν ένα αξιοσημείωτο και εκπληκτικό αποτέλεσμα, βλέποντας πώς η μηχανική ενέργεια μπορούσε να διοχετευτεί προς μία κατεύθυνση κατά προτίμηση, με τόσο σαφή τρόπο, και χρησιμοποιώντας ένα υλικό που είναι μάλλον εύκολο στην κατασκευή και αρκετά επεκτάσιμο. Στο μέλλον, σχεδιάζουμε να βρούμε εφαρμογές για αυτό το υλικό, με την ελπίδα ότι μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε για να κάνουμε αποτελεσματική χρήση της δονητικής ενέργειας που, μέχρι τώρα, θεωρούνταν απόβλητο».

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Jens Wilkinson
ΡΙΚΕΝ
Γραφείο: 81-484-621-424

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: