Гарвардские ученые создали ‘умную’ жидкость: что она делает и зачем нужна

Ученые из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) разработали программируемую метажидкость с настраиваемой упругостью, оптическими свойствами, вязкостью и даже способностью переходить между ньютоновской и неньютоновской жидкостью, сообщает SciTechDaily.

Фото: iStock.com/Credit:jittawit.21

Живой океан Лема теперь не фантастика, а реальная наука. Ученые создали первую в своем роде метажидкость. В ней используется суспензия небольших эластомерных сфер размером от 50 до 500 микрон. Они, деформируясь под давлением, радикально меняют характеристики жидкости.

Метажидкость можно использовать во всем — от гидравлических приводов, роботов, интеллектуальных амортизаторов, которые могут рассеивать энергию в зависимости от интенсивности удара, до оптических устройств, способных переходить от прозрачного к непрозрачному виду. О 6 исторических загадках, на которые ученые нашли ответ в 2023 году, узнайте из нашей публикации.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

«Мы лишь прикасаемся к тому, что возможно с этим новым классом жидкостей, — сказал Адель Джеллули, научный сотрудник в области материаловедения и машиностроения в SEAS и первый автор статьи. — С помощью этой метажидкости вы можете делать очень много всяческих вещей в самых разных областях».

Метажидкости vs твердые метаматериалы

Метаматериалы — искусственно созданные материалы, свойства которых определяются их структурой, а не составом. Уже много лет метаматериалы широко используются в различных приложениях. Но большинство материалов, таких как металинзы, твердые. О 25 самых опасных напитках из супермаркета читайте в нашем материале.

«В отличие от твердых метаматериалов, метажидкости обладают уникальной способностью течь и адаптироваться к форме своего контейнера, — пояснила Катя Бертольди, профессор прикладной механики в SEAS и старший автор статьи. — Наша цель состояла в том, чтобы создать метажидкость, которая не только обладала бы этими замечательными свойствами, но и обеспечивала бы платформу для программируемой вязкости, сжимаемости, а также оптических свойств».

Исследовательская группа изготовила сотни тысяч этих сильно деформируемых сферических капсул, наполненных воздухом, и подвешивала их в силиконовом масле. Когда давление внутри жидкости увеличивается, капсулы разрушаются и образуют линзообразную полусферу. Когда это давление снимается, капсулы возвращаются к своей сферической форме.

Зачем нужна метажидкость

Этот переход меняет многие свойства жидкости, в том числе ее вязкость и непрозрачность. Эти свойства можно настроить изменяя количество, толщину и размер капсул в жидкости.

Исследователи продемонстрировали программируемость жидкости загрузив ее в гидравлический роботизированный захват и заставив его поднять стеклянную бутылку, яйцо и чернику. В традиционной гидравлической системе, работающей на простом воздухе или воде, роботу потребуется какой-то датчик или внешнее управление, чтобы иметь возможность регулировать захват и поднимать все три объекта не раздавливая их.

Но при наличии метажидкости никакие сенсоры не нужны. Сама жидкость реагирует на различное давление и изменяет свою податливость. Это помогает регулировать силу захвата, чтобы можно было поднять тяжелую бутылку, нежное яйцо и маленькую чернику без дополнительного программирования.

«Мы показываем, что можем использовать эту жидкость, чтобы наделить интеллектом простого робота», — сказал Джеллули.

Оптические свойства и состояния жидкости

Метажидкость меняет свои оптические свойства под воздействием изменяющегося давления.
Когда капсулы круглые, они рассеивают свет и делают жидкость непрозрачной — подобно тому, как пузырьки воздуха делают газированную воду белой. Но когда прикладывается давление и капсулы разрушаются, они действуют, как микролинзы: фокусируют свет и делают жидкость прозрачной. Эти оптические свойства могут быть использованы для целого ряда применений, например для электронных чернил, которые меняют цвет в зависимости от давления.

Вам может быть интересно: главные новости Нью-Йорка, истории наших иммигрантов и полезные советы о жизни в Большом Яблоке — читайте все это на ForumDaily New York

Исследователи показали, что когда капсулы имеют сферическую форму, метажидкость ведет себя как ньютоновская жидкость, то есть ее вязкость меняется только в зависимости от температуры. Однако когда капсулы схлопываются, суспензия превращается в неньютоновскую жидкость. Это означает, что ее вязкость будет меняться в ответ на касательное напряжение — чем оно больше, тем более жидкой она становится. Это первая метажидкость, которая осуществляет переход между ньютоновским и неньютоновским состояниями.

Далее исследователи стремятся изучить акустические и термодинамические свойства метажидкости.

«Пространство применения этих масштабируемых и простых в производстве метажидкостей огромно», — резюмировала Бертольди.

Читайте также на ForumDaily:

Говорить, как американец: какие идиомы и обороты помогут стать в США ‘своим’

16 признаков того, что с вашей иммунной системой не всё в порядке

На кого не стоит учиться: 6 специальностей, обладатели которых зарабатывают меньше всего

Хотите больше важных и интересных новостей о жизни в США и иммиграции в Америку? — Поддержите нас донатом! А еще подписывайтесь на нашу страницу в Facebook. Выбирайте опцию «Приоритет в показе» —  и читайте нас первыми. Кроме того, не забудьте оформить подписку на наш канал в Telegram  и в Instagram— там много интересного. И присоединяйтесь к тысячам читателей ForumDaily New York — там вас ждет масса интересной и позитивной информации о жизни в мегаполисе.