선호하는 방향으로 기계적 에너지 전달

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요약 :
RIKEN Center for Emergent Matter Science의 과학자들이 이끄는 연구 그룹은 하이드로겔에 내장된 나노필러를 기반으로 한 독특한 물질을 개발했습니다. 다양한 크기로 구성할 수 있는 이 복합 재료를 사용하여 팀은 진동 상하 운동을 사용하여 액체 방울이 중력에 대항하여 재료 내에서 상승하도록 만들 수 있었습니다. 따라서 이 재료를 사용하면 임의의 진동을 사용하고 원하는 방향으로 물질을 이동할 수 있습니다.

원하는 방향으로 기계적 에너지 전달

일본 사이타마 | 게시일: 14년 2023월 XNUMX일

원하는 방향으로 에너지를 전달하는 것은 실제로 삶을 가능하게 하는 중요한 속성입니다. 광합성 및 세포 호흡과 같은 많은 기본 생물학적 기능은 유명한 맥스웰의 악마처럼 시스템이 증가하는 엔트로피로부터 멀어지도록 자연의 임의적 변동을 비가역적인 방식으로 전달함으로써 가능해집니다. 예를 들어 에너지를 우선적으로 이동시키는 장치는 AC 전류를 DC 전류로 변환할 수 있는 전자 장치에 있습니다. 유사한 장치가 광자, 자기 및 소리 분야에서 사용됩니다. 그러나 많은 잠재적 용도에도 불구하고 기계적 에너지를 전달하는 장치를 만드는 것은 더 어려운 것으로 입증되었습니다.

이제 RIKEN이 이끄는 그룹은 상대적으로 생산하기 쉽고 이 기능을 수행할 수 있는 놀랍지만 균일한 재료를 개발했습니다. 이를 만들기 위해 그룹은 주로 물과 폴리아크릴아마이드 네트워크로 만들어진 부드러운 소재인 하이드로겔을 사용하고 기울어진 각도로 그래핀 옥사이드 나노필러를 내장했습니다. 하이드로겔은 바닥에 고정되어 있어 전단력을 받았을 때 윗부분은 움직일 수 있지만 아랫부분은 움직일 수 없습니다. 필러는 기울어진 각도로 설정되어 위에서 아래로 시계 방향으로 기울어집니다. 기울어진 나노필러에 오른쪽에서 왼쪽으로 전단력이 가해지면 구부러지는 경향이 있어 저항을 잃습니다. 그러나 힘이 다른 방향에서 오고 나노필러가 반대쪽을 향하고 있으면 적용된 전단력으로 인해 나노필러가 더 길게 늘어나고 강도가 유지됩니다. 이렇게 하면 시트가 한 방향으로 변형되지만 다른 방향으로는 변형되지 않습니다. 실제로 그룹은 이 차이를 측정하여 재료가 한 방향에서 다른 방향보다 약 60배 더 저항력이 있음을 발견했습니다.

이것이 실제로 무엇을 할 수 있는지를 보여주기 위한 실험으로, 그들은 재료 블록을 만들어 진동 스탠드에 놓았습니다. 내장된 나노필러의 기울기 방향에 따라 재료는 재료를 통해 진동 에너지를 전달하여 물방울을 오른쪽 또는 왼쪽으로 이동할 수 있습니다. 그들은 또한 진동을 사용하여 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 제어할 수 있는 원형 동작을 구동할 수 있습니다. 진동대를 수직으로 세웠을 때, 하이드로겔 위에 놓인 유색 액체 방울이 마치 마술처럼 중력에 반하여 위로 이동했습니다. 이런 식으로 일반적으로 아무 소용이 없는 번갈아 가며 진동하는 움직임을 전달하여 순 운동을 생성했습니다.

마지막으로, 추가 테스트로 RIKEN Hakubi Fellows 프로그램의 연구원들과 공동으로 이 그룹은 Caenorhabditis elegans 벌레를 재료에 배치했습니다. 그들의 움직임은 일반적으로 무작위이지만 결국 하이드로겔의 한쪽 또는 다른 쪽으로 모두 움직였습니다. , 포함된 나노필러의 기울기 방향에 따라 달라집니다.

이 프로젝트를 이끈 RIKEN Center for Emergent Matter Science의 Yasuhiro Ishida는 "역학적 에너지가 이렇게 명확한 방식으로 우선적으로 한 방향으로 전달될 수 있다는 것을 확인하고 오히려 만들기 쉽고 확장 가능합니다. 앞으로 우리는 지금까지 낭비로 여겨졌던 진동 에너지를 효과적으로 사용하기 위해 이 물질을 사용할 수 있기를 바라며 이 물질에 대한 응용 분야를 찾을 계획입니다.”

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연락처 :
젠스 윌킨슨
理研
사무실 : 81-484-621-424

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