Channeling Mechanical Energy In A Preferred Direction

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

หน้าแรก > ข่าวประชา > การส่งพลังงานกลไปในทิศทางที่ต้องการ

นามธรรม:
กลุ่มวิจัยที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จาก RIKEN Center for Emergent Matter Science ได้พัฒนาวัสดุที่มีลักษณะเฉพาะโดยใช้นาโนฟิลเลอร์ที่ฝังอยู่ในไฮโดรเจล ซึ่งสามารถส่งพลังงานกลไปในทิศทางเดียวแต่ไม่ได้ไปอีกทิศทางหนึ่ง โดยทำหน้าที่ในลักษณะ "ไม่ตอบแทนกัน" ด้วยวัสดุคอมโพสิตนี้ ซึ่งสามารถสร้างได้หลายขนาด ทีมงานจึงสามารถใช้การเคลื่อนไหวขึ้นลงแบบสั่นเพื่อทำให้หยดของเหลวลอยขึ้นภายในวัสดุต้านแรงโน้มถ่วง การใช้วัสดุนี้อาจทำให้สามารถใช้การสั่นสะเทือนแบบสุ่มและเคลื่อนย้ายสสารไปในทิศทางที่ต้องการได้

ส่งพลังงานกลไปในทิศทางที่ต้องการ

ไซตามะ ประเทศญี่ปุ่น | โพสต์เมื่อวันที่ 14 เมษายน 2023

การส่งพลังงานไปในทิศทางที่ต้องการเป็นคุณสมบัติสำคัญที่ทำให้ชีวิตเป็นไปได้อย่างแท้จริง หน้าที่ทางชีววิทยาพื้นฐานหลายอย่าง เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจของเซลล์ เกิดขึ้นได้โดยการส่งผ่านความผันผวนแบบสุ่มในธรรมชาติในลักษณะที่ไม่ตอบแทนซึ่งกันและกัน เพื่อขับไล่ระบบออกจากการเพิ่มเอนโทรปี เหมือนกับปีศาจของแมกซ์เวลล์ผู้โด่งดัง ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ที่ให้พลังงานเคลื่อนที่เป็นพิเศษอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยอนุญาตให้กระแส AC แปลงเป็นกระแสตรง อุปกรณ์ที่คล้ายกันนี้ใช้ในด้านโฟโตนิกส์ แม่เหล็ก และเสียง อย่างไรก็ตาม แม้ว่าจะมีการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย แต่การสร้างอุปกรณ์ที่ส่งพลังงานกลได้รับการพิสูจน์แล้วว่าทำได้ยากกว่า

ปัจจุบัน กลุ่มที่นำโดย RIKEN ได้พัฒนาวัสดุที่โดดเด่นแต่มีความสม่ำเสมอ ซึ่งค่อนข้างง่ายต่อการผลิตและสามารถทำหน้าที่นี้ได้ ในการสร้างมันขึ้นมา กลุ่มได้ใช้ไฮโดรเจลซึ่งเป็นวัสดุอ่อนที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยน้ำและโครงข่ายโพลีอะคริลาไมด์ และฝังกราฟีนออกไซด์นาโนฟิลเลอร์ไว้ในมุมเอียง ไฮโดรเจลถูกยึดไว้กับพื้น เพื่อให้ส่วนบนสามารถเคลื่อนที่ได้เมื่อได้รับแรงเฉือนแต่ไม่ใช่ด้านล่าง และฟิลเลอร์จะถูกตั้งไว้ที่มุมเอียง เพื่อให้พวกมันทำมุมตามเข็มนาฬิกาจากบนลงล่าง เมื่อใช้แรงเฉือนจากขวาไปซ้ายเข้าไปในนาโนฟิลเลอร์ที่เอนตัว พวกมันมีแนวโน้มที่จะโค้งงอและสูญเสียความต้านทานไป แต่ถ้าแรงมาจากทิศทางอื่น และนาโนฟิลเลอร์หันหน้าออกจากแรงเฉือน แรงเฉือนที่ใส่เพียงจะทำให้พวกมันยืดตัวได้นานขึ้น และพวกมันยังคงรักษาความแข็งแกร่งไว้ได้ ซึ่งช่วยให้แผ่นเปลี่ยนรูปไปในทิศทางเดียวแต่ไม่เปลี่ยนรูปไปในทิศทางอื่น และในความเป็นจริง กลุ่มได้วัดความแตกต่างนี้ โดยพบว่าวัสดุมีความทนทานในทิศทางเดียวมากกว่าอีกทิศทางหนึ่งประมาณ 60 เท่า

เพื่อเป็นการทดลองเพื่อแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้สามารถทำอะไรได้จริง พวกเขาได้สร้างบล็อกของวัสดุและวางมันไว้บนแท่นแบบสั่น ขึ้นอยู่กับทิศทางการเอียงของนาโนฟิลเลอร์ที่ฝังไว้ วัสดุสามารถส่งพลังงานการสั่นสะเทือนผ่านวัสดุเพื่อทำให้หยดเคลื่อนไปทางขวาหรือซ้าย พวกเขายังสามารถใช้การสั่นสะเทือนเพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนที่เป็นวงกลมที่สามารถควบคุมได้ตามเข็มนาฬิกาหรือทวนเข็มนาฬิกา เมื่อตั้งแท่นสั่นในแนวตั้ง หยดของเหลวสีที่วางอยู่บนไฮโดรเจลจะเคลื่อนขึ้นต้านแรงโน้มถ่วงราวกับถูกเวทมนตร์ ด้วยวิธีนี้ การเคลื่อนไหวแบบสั่นสะเทือนสลับกันซึ่งโดยปกติจะไม่มีประโยชน์ใดๆ จะถูกถ่ายทอดเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวแบบตาข่าย

ในที่สุด เพื่อเป็นการทดสอบเพิ่มเติม ในความร่วมมือกับนักวิจัยจากโครงการ RIKEN Hakubi Fellows กลุ่มได้วางหนอน Caenorhabditis elegans ไว้บนวัสดุ และแม้ว่าโดยปกติแล้วการเคลื่อนที่ของพวกมันจะเป็นแบบสุ่ม แต่สุดท้ายพวกมันทั้งหมดก็เคลื่อนไหวไปด้านใดด้านหนึ่งของไฮโดรเจล ขึ้นอยู่กับทิศทางการเอียงของนาโนฟิลเลอร์ที่ฝังอยู่

ตามที่ Yasuhiro Ishida จากศูนย์ RIKEN สำหรับวิทยาศาสตร์ฉุกเฉินซึ่งเป็นผู้นำโครงการนี้ “นับเป็นผลลัพธ์ที่น่าทึ่งและน่าประหลาดใจ เมื่อได้เห็นว่าพลังงานกลสามารถส่งไปในทิศทางเดียวได้อย่างพิเศษ ด้วยวิธีที่ชัดเจน และใช้วัสดุที่ ค่อนข้างง่ายและสามารถปรับขนาดได้ ในอนาคต เราวางแผนที่จะค้นหาการประยุกต์ใช้วัสดุนี้ ด้วยความหวังว่าจะสามารถใช้มันเพื่อใช้พลังงานสั่นสะเทือนอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจนถึงขณะนี้ถูกมองว่าเป็นของเสีย”

####

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมกรุณาคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม

ติดต่อ:
เจนส์ วิลคินสัน
RIKEN
สำนักงาน: 81-484-621-424

หากคุณมีความคิดเห็นโปรด ติดต่อ เรา

ผู้ออกข่าวประชาสัมพันธ์ไม่ใช่ 7th Wave, Inc. หรือ Nanotechnology Now มีหน้าที่รับผิดชอบต่อความถูกต้องของเนื้อหา แต่เพียงผู้เดียว

บุ๊คมาร์ค: