Channeling Mechanical Energy In A Preferred Direction

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Hem > Presse > Kanalisering av mekanisk energi i en föredragen riktning

Sammanfattning:
En forskargrupp ledd av forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science har utvecklat ett unikt material, baserat på nanofillers inbäddade i en hydrogel, som kan kanalisera mekanisk energi i den ena riktningen men inte den andra, och agera på ett "icke-reciprokt" sätt. Med detta kompositmaterial – som kan konstrueras i olika storlekar – kunde teamet använda vibrationsrörelser upp och ner för att få vätskedroppar att stiga i ett material mot tyngdkraften. Användning av detta material skulle alltså kunna göra det möjligt att använda slumpmässiga vibrationer och flytta materia i en föredragen riktning.

Kanalisering av mekanisk energi i en föredragen riktning

Saitama, Japan | Postat den 14 april 2023

Att kanalisera energi i en föredragen riktning är en viktig egenskap som faktiskt gör livet möjligt. Många grundläggande biologiska funktioner som fotosyntes och cellandning möjliggörs genom att kanalisera slumpmässiga fluktuationer i naturen på ett icke-ömsesidigt sätt, för att driva ett system bort från ökande entropi, som den berömda Maxwells demon. Till exempel finns enheter som tillåter energi att röra sig i elektroniken, där de tillåter att växelström omvandlas till likström. Liknande enheter används inom fotonik, magnetism och ljud. Men trots de många potentiella användningsområdena har det visat sig vara svårare att skapa enheter som kanaliserar mekanisk energi.

Nu har en RIKEN-ledd grupp utvecklat ett anmärkningsvärt men enhetligt material som är relativt lätt att producera och kan utföra denna funktion. För att skapa den använde gruppen en hydrogel – ett mjukt material som huvudsakligen är tillverkat av vatten och ett polyakrylamidnätverk – och inbäddade grafenoxidnanofyllmedel i den i en lutande vinkel. Hydrogelen är fixerad i golvet så att den övre delen kan röra sig när den utsätts för en skjuvkraft men inte botten. Och fyllnaderna är inställda i en lutande vinkel, så att de vinklas medurs uppifrån och ned. När en skjuvkraft appliceras från höger till vänster in i de lutande nanofillers, tenderar de att bucklas och därmed förlora sitt motstånd. Men om kraften är från andra hållet och nanofyllnaderna är vända bort från den, gör den applicerade skjuvningen dem bara att sträcka sig ännu längre och de behåller sin styrka. Detta gör att arket kan deformeras i en riktning men inte i den andra, och faktiskt mätte gruppen denna skillnad och fann att materialet var ungefär 60 gånger så motståndskraftigt i en riktning än den andra.

Som ett experiment för att visa vad detta faktiskt kunde göra skapade de ett block av materialet och placerade det på ett vibrerande stativ. Beroende på lutningsriktningen för de inbäddade nanofyllnaderna kunde materialet kanalisera vibrationsenergin genom materialet för att få droppar att röra sig åt höger eller vänster. De kan också använda vibrationerna för att driva en cirkulär rörelse som kan styras till att vara antingen medurs eller moturs. När det vibrerande stativet ställdes upp vertikalt, rörde sig droppar av färgad vätska som placerades på hydrogelen uppåt mot gravitationen som genom ett magi. På så sätt kanaliserades alternerande vibrationsrörelser, som vanligtvis inte är till någon nytta, för att skapa nettorörelse.

Slutligen, som ett ytterligare test, i samarbete med forskare från RIKEN Hakubi Fellows-programmet, placerade gruppen Caenorhabditis elegans-maskar på materialet, och även om deras rörelser normalt är slumpmässiga, slutade de med att alla flyttade till den ena eller andra sidan av hydrogelen , beroende på lutningsriktningen för de inbäddade nanofillers.

Enligt Yasuhiro Ishida från RIKEN Center for Emergent Matter Science som ledde projektet, "Det var ett anmärkningsvärt och överraskande resultat, att se hur mekanisk energi helst kunde kanaliseras i en riktning, på ett så tydligt sätt, och med hjälp av ett material som är ganska lätt att göra och ganska skalbar. I framtiden planerar vi att hitta tillämpningar för detta material, med hopp om att vi kan använda det för att effektivt använda vibrationsenergi som hittills har setts som avfall.”

####

För mer information, klicka på här.

Kontaktpersoner:
Jens Wilkinson
RIKEN
Kontor: 81-484-621-424

Om du har en kommentar, snälla Kontakta oss oss.

Emittenter av nyhetsmeddelanden, inte 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, är ensamma ansvariga för innehållets noggrannhet.

Bokmärke: