„Mechaninės medžiagos“. Universalūs statybiniai blokai sukuria nuostabių mechaninių savybių konstrukcijas

Autorius:

Centrinio banko tyrėjai sukūrė keturis skirtingų tipų naujus padalinius, vadinamus vokseliais (2D vaizdo taškų 3D modifikacija). Iš kairės į dešinę: kieta (pilka), deranti (violetinė), oksetinė (oranžinė), ranka (mėlyna). Paskola:
Paveikslėlis: Benjaminas ennetas, CB

Padaliniai galėtų būti robotizuoti, kad būtų pagaminti dideli, sudėtingi objektai, įskaitant mašinas, robotus ar vėjo turbinų mentes.

Tyrėjai iš: SU:„Bitter Atom Center“ sukūrė mažytes statybines medžiagas, kurios pasižymi daugybe unikalių mechaninių savybių, pavyzdžiui, galimybė generuoti sukimosi judesį suspaudimo metu. Šiuos vienetus maži robotai gali surinkti į beveik begalę įvairiausių objektų, turinčių įmontuotą funkcionalumą, įskaitant transporto priemones, didelius pramoninius vienetus ar specializuotus robotus, kuriuos įvairūs arkliai gali surinkti kelis kartus.

Mokslininkai sukūrė keturis skirtingų tipų subvienetus, vadinamus vokseliais (3D modifikacija į 2D vaizdo taškus). Kiekviena vaško rūšis pasižymi specifinėmis savybėmis, kurios nėra būdingos natūralioms medžiagoms; jas galima naudoti kartu gaminant prietaisus, kurie nuspėjamai reaguoja į aplinkos dirgiklius. Pavyzdžiai gali būti orlaivio sparnai ar turbinos mentės, kurios reaguoja į oro slėgio ar vėjo greičio pokyčius pakeisdamos bendrą arklio galią.

Išvados, kuriose išsamiai aprašoma atskirų „mechaninių medžiagų“ šeimos sukūrimas, aprašytos 2020 m. Straipsnyje, paskelbtame žurnale lapkričio 18 d Mokslo pažanga, autorius – daktaras Benjaminas Ennetas, neseniai baigęs MIT, profesorius Neilas Gershenfeldas ir keturi kiti.

„Ši nuostabi, esminė„ graži sintezė “žada perversmą, susijusį su patalpų ekonomiškumu, komfortu ir funkciniu efektyvumu“, – sakė Amori Lowins, Stanfordo universiteto civilinės ir aplinkos inžinerijos profesorė, Uolinių kalnų instituto įkūrėja. su darbu.

Metamedžiagos: gauti savo vardą, nes jų plataus masto savybės skiriasi nuo ingredientų mikro lygių savybių. Elektromagnetizme jie naudojami kaip „architektūrinės“ medžiagos, suprojektuotos jų mikrostruktūros lygyje. „Tačiau nedaug nuveikta siekiant sukurti makroskopines mechanines savybes kaip metaduomenis“, – sako Gerschenfeldas.

Remiantis šiuo požiūriu, inžinieriai turi sugebėti statyti konstrukcijas, kurios apima daugybę medžiagų savybių – jas visas gaminti naudojant tuos pačius gamybos – surinkimo procesus, sako Gerschenfeldas.

„Voxel“ surenkamas iš plokščio rėmo liejimo formos formuotų polimerų dalių, o vėliau surenkamas į trimačius kiaušinius, kuriuos galima pritvirtinti prie didesnių funkcinių struktūrų. Jie dažniausiai yra atvira erdvė, todėl surinkdami jie suteikia ypatingą šviesą, tačiau standus rėmas. Be pagrindinio standaus įrenginio, kuris suteikia unikalų stiprumo ir lengvo svorio derinį, yra dar trys šio vaško variacijos, kurių kiekviena pasižymi skirtingomis neįprastomis savybėmis.

„Oksetiniai“ vokseliai turi keistą savybę, kai medžiagos kubas iš tikrųjų yra išgaubtas iš vidaus, o ne suspaustas išeina iš šonų. Tai yra pirmasis tokios medžiagos, pagamintos įprastu pigiu įprastos medžiagos gamybos būdu, demonstravimas.

Taip pat yra „atitinkamų“ vokselių, kurių nulinis Puasono santykis yra šiek tiek panašus į oksetinę savybę, tačiau šiuo atveju, kai medžiaga yra suspausta, šonai visiškai nekeičia formos. Mažiau žinomos medžiagos demonstruoja šią savybę, kurią dabar galima sukurti taikant šį naują požiūrį.

Pagaliau chiralinis vokselis reaguoja į klavišo suspaudimą ar įtampą sukamuoju judesiu. Vėlgi, tai yra neįprasta savybė. Tyrimas, kurio metu buvo sukurta viena tokių medžiagų paruošiant sudėtingas medžiagas, praėjusiais metais buvo laikomas reikšmingu atradimu. Šis darbas leidžia šią funkciją lengvai pasiekti makroskopiniu mastu.

„Kiekviena materiali nuosavybė, kurią mes parodome, anksčiau turėjo savo lauką“, – sako Gershenfeldas. „Žmonės rašė dokumentus apie tą patį turtą. Tai yra pirmas dalykas, kuris visus parodo vienoje sistemoje “.

Realus didelių objektų, pastatytų matuoti masę, pavyzdžiui, LEGO, potencialas Iš šių masiškai gaminamų vaškų komanda, bendradarbiaudama su „Toyota“ inžinieriais, surengė funkcionalias superautomobilių lenktynes, kurias šių metų pradžioje demonstravo tarptautinėje robotikos konferencijoje.

„Were Enet“ teigia, kad jie sugebėjo surinkti lengvą, didelio našumo konstrukciją vos per mėnesį, tuo tarpu norint sukurti panašią struktūrą naudojant įprastus stiklo pluošto metodus, prireikė metų.

Lenktynių metu kelias buvo lygus nuo lietaus, lenktynės baigėsi užtvara. Visų dalyvių nuostabai, į automobilį panaši vidinė konstrukcija buvo deformuota, o po to sugrąžinta, sugadindama smūgį be didelių pažeidimų. Ally Enet sako, kad tradiciškai pagamintas automobilis tikriausiai būtų labai dantis, jei jis būtų pagamintas iš metalo, arba sugniuždytas, jei jis būtų pagamintas iš kompozito.

Mašina parodė stulbinantį faktą, kad šias mažas detales tikrai galima panaudoti gaminant funkcinius prietaisus žmogaus dydžiu. Gershenfeldas pastebi, kad automobilio konstrukcijoje „tai nėra kitų dalykų dalis. Viskas yra ne kas kita, kaip šios dalys “, išskyrus variklius: maitinimo šaltinį.

Kadangi vokselis yra vienodo dydžio ir sudėties, jis gali būti derinamas bet kokiu būdu, kad gautam įrenginiui būtų suteiktos skirtingos funkcijos. „Mes galime aprėpti platų medžiagų savybių spektrą, kurie iki šiol buvo laikomi labai specializuotais“, – sako Gerschenfeldas. „Esmė ta, kad nereikia rinktis vienos nuosavybės. Galite pagaminti, pavyzdžiui, robotus, kurie linksta į vieną pusę, yra standūs kita ir juda tik tam tikromis kryptimis. Taigi didelis mūsų ankstesnio darbo pokytis yra galimybė paskleisti daugybę mechaninių medžiagų savybių, kurios iki šiol buvo laikomos izoliuotomis.

Darbas Enetas, kuris didžiąją šio darbo dalį grindė daktaro disertacija, sako: „Šios dalys yra pigios, lengvai pagaminamos, labai greitai surenkamos, jūs gausite šį savybių rinkinį vienoje sistemoje. Jie visi yra suderinami vienas su kitu, todėl egzistuoja visi šie skirtingi egzotinių savybių tipai, tačiau jie visi puikiai žaidžia kartu toje pačioje, nebrangioje sistemoje “.

„Pagalvokite apie visas kietąsias dalis, judančias mašinų, robotų, valčių ir lėktuvų dalis“, – sako Gershenfeldas. – Ir mes viską galime padaryti per šią vieną sistemą.

Svarbiausia yra tai, kad šio tipo vokselio struktūra elgsis taip pat, kaip ir pats vienetas, sako en enet. „Mes galėjome parodyti, kad sąnariai efektyviai išnyksta, kai sudedate dalis. Jis elgiasi kaip ištisinė, monolitinė medžiaga “.

Nors robotikos tyrimai suskirstyti į kietus „minkštus robotus“, „tai nėra nei vienas, – sako Gerschenfeldas, – nes šias savybes įmanoma sumaišyti į vieną įrenginį“.

Pasak En Enet, vienas iš galimų ankstyvų šios technologijos panaudojimo būdų gali būti vėjo turbinų menčių statyba. Kai šios struktūros auga vis didesnės, peilių perkėlimas į jų veikimo vietą tampa rimta logistikos problema, tuo tarpu, jei jie surenkami iš tūkstančių mažų padalinių, tai galima padaryti vietoje, pašalinant transportavimo problemą. Panašiai naudotų turbinų mentių pašalinimas jau tampa rimta problema dėl jų didelio dydžio ir nepakankamo perdirbimo. Bet iš mažų vaškų pagamintus peiliukus buvo galima išmontuoti vietoje, o tada vaškai vėl buvo naudojami kažkam kitam gaminti.

Be to, patys peiliai gali būti efektyvesni, nes jie gali turėti mechaninių savybių derinį, suprojektuotą konstrukcijoje, kuris leis jiems dinamiškai, pasyviai reaguoti į vėjo stiprumo pokyčius, sako jis.

Apskritai en enet sako. „Dabar turime šią pigią, didelio masto sistemą, todėl galime kurti viską, ko norime. Mes galime padaryti keturkojus, galime plaukiojančius robotus, galime skraidančius robotus. Tas lankstumas yra vienas pagrindinių sistemos privalumų “.

Stanfordas Lowinsas sako, kad ši technologija „gali sukurti pigius, patvarius, neįprastai lengvus lėktuvų bilietų paviršius, kurie pasyviai ir nuolat optimizuoja kiaušinius kaip paukščio lizdas“. Dėl to tuščia automobilių masė gali priartėti prie jų krovinio, nes jų trapi struktūra daugiausia tampa oru. „Tai gali leisti net kulkos apvalkalus, kurių gniuždymo jėga leidžia atmosferoje pakilti vakuuminiam burbului (be helio), kad kelias dešimtis kartų padidėtų grynojo srovės grynoji apkrova.

Jis priduria: “Kaip ir biomimikos դիզ integracijos dizainas, šis naujas mobiliųjų meta produktų menas yra galingas naujas įrankis, padedantis daugiau nuveikti už mažiau pinigų.”

Nuoroda. Benjamin ennet, Christopher Cameron, Filippos Tourlomousis, Alfonso Parra Rubio, Megan Ochalek և Neil Gershenfeld „Individualiai surinktos mechaninės medžiagos“, 2020 m. Lapkričio 18 d. Mokslo pažanga,
DOI: 10.1126 / sciadv.abc9943:

Tyrėjų grupėje buvo Filippos Turlomusis, Alfonso Parra Rubio, Megan Ochalek iš MIT ir Christopheris Cameronas iš JAV armijos tyrimų laboratorijos. Jis palaikė darbą NASA, JAV armijos tyrimų laboratorija իթ Bitter և Atom Consortium Center.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Egipto mumijos mumijos „Purvo karapasas“ neregėtas gydymas – neteisingo pateikimo atvejis

Kiekvienas mumifikuotas ir uždarytas Sidnėjaus universiteto Chau Chak Wing muziejaus Nicholson kolekcijoje. A. Mumifikuotas asmuo, dabar saugojimui dėvintis rankas, BMR. 27.3. B....

COVID-19 aptikimas ant jūsų odos

Misūrio universiteto inžinieriai skatina bioelektronikos rinką, kurdami plataus masto pasirinktinio įrenginio planą, kuris vienu metu gali stebėti daugybę gyvybiškai svarbių požymių, tokių kaip kraujospūdis,...

Mokslininkai atranda ilgalaikės atminties molekulinį mechanizmą

Bazelio universiteto mokslininkai atrado molekulinį mechanizmą, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį nepažeistoje ilgalaikėje atmintyje. Šis mechanizmas taip pat susijęs su fiziologiniu atminties praradimu amžiuje. Daugybė...

Paukščių tako paslaptys atskleidžiamos „Amazing Details“

Ji yra Astronomijos tyrimų universitetų asociacija (AURA) 2021 m. Vasario 23 d Šis spalvų derinys atspindi dominuojančią „Blanco DECam Bulge Survey“, kurioje dalyvavo 250 milijonų žvaigždžių,...

Tamsioji materija, kurią apibūdina papildomas matmuo erdvėlaikyje ir nauja sunkioji dalelė, panaši į Higso bozoną?

Modeliuojant susidūrimą dideliame hadronų greitintuve susidaro Higso bozonas. © 1997-2021 CERN (CC-BY-SA-4.0). Kreditas: Granados universitetas. Tarptautinė mokslininkų grupė pasiūlė naują sunkią dalelę, kurios savybės panašios...

Newsletter

Subscribe to stay updated.