Προγραμματιζόμενο σούπερ «μεταϋλικό» από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst εμπνεύστηκαν από τη Φύση για να δημιουργήσουν ένα νέο, προγραμματιζόμενο σούπερ «μεταϋλικό». Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Amherst κατασκεύασε μια νέα στερεά ουσία που μοιάζει με καουτσούκ με εκπληκτικές ιδιότητες: μπορεί να απορροφήσει και να απελευθερώσει πολύ μεγάλες ποσότητες ενέργειας και είναι προγραμματίσιμη.
Το νέο υλικό είναι πολλά υποσχόμενο για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τη δυνατότητα στα ρομπότ να έχουν περισσότερη ισχύ χωρίς τη χρήση πρόσθετης ενέργειας έως νέα κράνη και προστατευτικά υλικά που μπορούν να διαχέουν ενέργεια πολύ πιο γρήγορα.
Ο Άλφρεντ Κρόσμπι, καθηγητής και μηχανικής πολυμερών στο UMass Amherst, και ένας από τους υπογράφοντες την έρευνα, ανέφερε χαρακτηριστικά: «Φανταστείτε ένα λαστιχάκι. Το τεντώνεις πίσω και όταν το αφήνεις να φύγει, πετάγεται στο δωμάτιο. Τώρα φανταστείτε ένα σούπερ λαστιχάκι. Όταν το τεντώσετε πέρα από ένα συγκεκριμένο σημείο, ενεργοποιείτε επιπλέον ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο υλικό. Όταν αφήνεις αυτό το λάστιχο να φύγει, πετά για ένα… μίλι». Αυτό το υποθετικό λάστιχο είναι κατασκευασμένο από ένα νέο μεταϋλικό – μια ουσία σχεδιασμένη για να έχει μια ιδιότητα που δεν βρίσκεται σε φυσικά υλικά – που συνδυάζει μια ελαστική ουσία που μοιάζει με καουτσούκ με μικροσκοπικούς μαγνήτες ενσωματωμένους σε αυτό.
Αυτό το νέο «ελαστομαγνητικό» υλικό εκμεταλλεύεται μια φυσική ιδιότητα γνωστή ως μετατόπιση φάσης για να ενισχύσει σημαντικά την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να απελευθερώσει ή να απορροφήσει το υλικό. Μια μετατόπιση φάσης συμβαίνει όταν ένα υλικό μετακινείται από τη μια κατάσταση στην άλλη, όπως το νερό που μετατρέπεται σε ατμό ή το υγρό σκυρόδεμα που σκληραίνει σε δρόμο ή πεζοδρόμιο. Κάθε φορά που ένα υλικό μετατοπίζει τη φάση του, η ενέργεια είτε απελευθερώνεται είτε απορροφάται. Οι μετατοπίσεις φάσης δεν περιορίζονται σε αλλαγές μεταξύ υγρών, στερεών και αέριων καταστάσεων – μπορεί επίσης να συμβεί μια μετατόπιση από τη μια στερεά φάση στην άλλη. Μια μετατόπιση φάσης που απελευθερώνει ενέργεια μπορεί να αξιοποιηθεί ως πηγή ενέργειας, αλλά η λήψη αρκετής ενέργειας ήταν πάντα το δύσκολο ζήτημα.
«Για να ενισχύσετε την απελευθέρωση ή την απορρόφηση ενέργειας, πρέπει να δημιουργήσετε μια νέα δομή σε μοριακό ή ακόμα και ατομικό επίπεδο», σχολίασε ο Κρόσμπι.
Χρησιμοποιώντας μεταϋλικά, ο Κρόσμπι υποστηρίζει ότι αυτός και η ομάδα του έχουν «ξεπεράσει αυτές τις προκλήσεις και όχι μόνο έχουν φτιάξει νέα υλικά, αλλά και έχουν αναπτύξει τους αλγόριθμους σχεδιασμού που επιτρέπουν σε αυτά τα υλικά να προγραμματίζονται με συγκεκριμένες αποκρίσεις, καθιστώντας τα προβλέψιμα».
«Ενσωματώνοντας μικροσκοπικούς μαγνήτες στο ελαστικό υλικό, μπορούμε να ελέγξουμε τις μεταβάσεις φάσης αυτού του μεταϋλικού. Και επειδή η μετατόπιση φάσης είναι προβλέψιμη και επαναλαμβανόμενη, μπορούμε να κατασκευάσουμε το μεταϋλικό ώστε να κάνει ακριβώς αυτό που θέλουμε: είτε απορροφώντας την ενέργεια από μια μεγάλη πρόσκρουση είτε απελευθερώνοντας μεγάλες ποσότητες ενέργειας για εκρηκτική κίνηση» δήλωσε ένας άλλος ερευνητής, ο Xudong Liang, κύριος συγγραφέας της εργασίας, νυν καθηγητής στο Harbin Institute of Technology, Shenzen (HITSZ), Κίνα.
Η έρευνα – η οποία υποστηρίχθηκε από το Ερευνητικό Εργαστήριο του Στρατού των ΗΠΑ, το Γραφείο Ερευνών του Στρατού των ΗΠΑ και το HITSZ – έχει εφαρμογές σε οποιοδήποτε σενάριο όπου απαιτούνται είτε κρούσεις υψηλής δύναμης είτε αστραπιαίες αποκρίσεις.
Πηγή: ΣΚΑΪ – Engineering and Technology
