Jak działają inteligentne powierzchnie morfowalne

Kiedy jest Ci zimno, nie musisz mówić swojej skórze „czas na gęsią skórkę”. Wie, co robić na podstawie warunków, przed którymi stoi. Smorfy działają w ten sam sposób. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

Następnym razem, gdy spojrzysz w dół i zobaczysz cellulit na udach, nie rozpaczaj: te dołeczki mogą sprawić, że będziesz szybszy i bardziej aerodynamiczny.

Nie, nie żartujemy. Gdy dowiesz się o inteligentnych, zmieniających się powierzchniach, może się okazać, że Twój cielesny twarożek jest czymś wartym uczczenia. Dowiesz się również, że wgniecenie samochodu podczas burzy gradowej może być dobre dla oszczędności paliwa - przynajmniej w niektórych sytuacjach drogowych. Jednak zanim zaczniesz świętować wgniecenia w samochodzie lub na skórze, musisz wiedzieć, jak działają inteligentne, modyfikowalne powierzchnie.

Inteligentne powierzchnie morfowalne lub smorfy to powierzchnie, które zmieniają się w odpowiedzi na warunki wokół nich i wewnątrz nich. Twoja skóra jest trochę jak smorfa. Jeśli zmieniają się warunki wewnątrz skóry, na przykład przybiera na wadze, zmienia się wraz z nią. Na przykład zacznij uderzać w Doritos zbyt mocno, a twój brzuch będzie rosnąć. Dobra wiadomość jest taka, że ​​w przeciwieństwie do dżinsów Twoja skóra będzie rosła wraz z nimi. Jeśli kiedykolwiek byłaś w ciąży lub widziałaś brzuch kobiety w ciąży, wiesz, że Twoja skóra może rozciągać się w sposób nauczony i napięty na rosnącej części ciała. Kiedy ta część ciała kurczy się przed urodzeniem dziecka lub zamianą Doritos na kije marchewkowe, skóra zwykle również się kurczy.

Oczywiście nasza skóra nie zawsze kurczy się idealnie. Po dużej utracie wagi możemy mieć luźną skórę i rozstępy. Jednak skóra nie tylko reaguje na warunki panujące w organizmie. Spędzaj zbyt długo w wannie, a palce będą pomarszczone. Wyjdź nago na zewnątrz w zimny dzień, a dostaniesz gęsiej skórki (a także powód, ponieważ publiczna nagość jest w większości miejsc nielegalna). Smorfy są czymś w rodzaju skóry, ponieważ nie zawsze są gładkie i eleganckie i mogą reagować na warunki wewnątrz i na zewnątrz ciała. W niektórych przypadkach wgłębienia w smorfie mogą poprawić aerodynamikę i zużycie paliwa w samochodach. Gdyby tylko twoje rozstępy mogły zrobić to samo. Czytaj dalej, aby dowiedzieć się, jak samochód, którym będziesz jeździć w przyszłości, może mieć zmieniającą kształt skórkę, która w jednej minucie jest wypukła, a w następnej wygładza - a wszystko zależy od warunków jazdy.

Zawartość

1. Wgłębienia i aerodynamika
2. Smorphs na MIT
3. Inteligentne powierzchnie i samochody, które można modyfikować

W przeciwieństwie do piłki golfowej (która jest cały czas z dołeczkami), smorfa może przełączać się między gładkością a pomarszczeniem, w zależności od objętości materiału w środku. Airubon / ThinkStock

Udaj się na driving range w miłe popołudnie, a zobaczysz inspirację do używania smorfów w samochodach. Piłki golfowe, z ich dołkami, pomarszczonymi powierzchniami zewnętrznymi, pomogły w uzyskaniu informacji na temat prac, które inżynierowie i inni badacze wykonują nad smorfami, badań, które mogą przełożyć się na dołeczki na skórze - a tym samym poprawić oszczędność paliwa - w samochodach.

Piłki golfowe nie zawsze były celowo wgniecione. W rzeczywistości do połowy XIX wieku piłki golfowe były gładkie i wgniatały się tylko podczas gry. W końcu trafienie setki razy na rundę spowoduje, że pojawi się kilka wgnieceń i wgnieceń. Kiedy golfiści zaczęli zauważać, że starsze, wgniecione piłki posuwają się dalej, zaczęli wymagać tego samego zachowania od nowych piłek golfowych. A kiedy producenci zaczęli sprzedawać wyszczerbione piłki, narodziła się nowoczesna piłeczka golfowa z wgłębieniem.

Wgłębienia na piłce golfowej pomagają jej iść dalej, ponieważ wgniecenia nie pozwalają powietrzu „przyklejać się” do piłki. Zamiast tego wgłębienia zakłócają przepływ powietrza najbliżej piłki. Każdy wgłębienie tworzy mały cyklon wokół piłki. Zamiast wyglądać jak gładka kula, po której przemieszcza się powietrze, powierzchnia kulki w końcu wygląda jak przejażdżka po filiżance: kula przemieszczająca się w powietrzu, ale z mniejszymi kręgami wirującego powietrza wokół niej. Ten ruch wirowy pomaga szybciej przemieszczać powietrze wokół piłki, co zmniejsza opór wiatru, z którym piłka styka się. Mniejszy opór wiatru oznacza, że ​​do przesunięcia piłki na określoną odległość potrzeba mniej energii.

W samochodzie mniejszy opór wiatru oznacza, że ​​do poruszania się do przodu w dół drogi potrzeba mniej energii. Przekłada się to na lepszą oszczędność paliwa lub, jeśli mówisz o samochodach elektrycznych, mniejsze zużycie baterii. Nie bierz jeszcze kija golfowego do samochodu. Wgłębienia na samochodach poprawiają wydajność tylko w określonych sytuacjach. I tu właśnie pojawiają się smorfy.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stworzyli smorfy na bazie silikonu, które reagują na warunki i zmniejszają opór powietrza, z jakim mają do czynienia, tworząc dołeczki lub gładkość. Jorge Salcedo / ThinkStock

To tylko przypuszczenie, ale są szanse, że większość konsumentów nie będzie chciała kupować samochodu z wcześniejszym wgnieceniem, nawet jeśli poprawi to oszczędność paliwa. Chodzi o to, że wgłębienia tylko w niektórych sytuacjach zmniejszają opór wiatru. W innych sytuacjach preferowana jest gładka skóra. Podobnie jak Twoja własna skóra, inteligentna, modyfikowalna powierzchnia może dostosować się do otaczających ją warunków.

Pomyśl o smorfach jak o balonach: kiedy nadmuchujesz balon, jego powierzchnia staje się gładka i napięta. Jeśli jednak objętość powietrza w balonie ulegnie zmianie - powiedzmy z powodu nieszczelności lub zmiany temperatury powietrza - powierzchnia balonu staje się miękka i giętka. W przypadku smorfów, co do których naukowcy mają nadzieję, poprawią aerodynamikę i oszczędność paliwa w samochodach, pomarszczą się. Te zmarszczki mogą być dużą pomocą przy budowie bardziej wydajnych samochodów.

Zmiana z gładkiej na z wgłębieniami obejmuje komponent „morfowalności” inteligentnych powierzchni, które można zmieniać, ale „inteligentna” część nazwy jest również kluczowym elementem. Kiedy jest Ci zimno, nie musisz mówić swojej skórze „czas na gęsią skórkę”. Wie, co robić na podstawie warunków, przed którymi stoi. Smorfy działają w ten sam sposób. Reagują na warunki, w jakich się znajdują, aby uzyskać najbardziej aerodynamiczną powierzchnię.

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology stworzyli smorfy na bazie silikonu, które reagują na warunki i zmniejszają opór powietrza, z jakim mają do czynienia, tworząc dołeczki lub gładkość. Aby zrobić dołeczki, naukowcy zmniejszają ciśnienie w wewnętrznej przestrzeni smorfa. Smorf reaguje na zmianę objętości wewnętrznej, jak skóra u kogoś, kto nagle stracił swój piwny brzuch, tworząc wzór zmarszczek i dołków. Kiedy objętość wewnętrzna jest zwiększona, smorph wygładza się.

W samochodzie czujniki, komputer i oprogramowanie można podłączyć do zewnętrznej powłoki pojazdu, sprawdzając pomiary oporu i dostosowując właściwości skóry w razie potrzeby, aby zmniejszyć opór i poprawić oszczędność paliwa.

Ta kula jest wykonana z miękkiego polimeru z pustym środkiem i cienką powłoką ze sztywniejszego polimeru. Staje się wgłębiony, gdy powietrze jest wypompowywane z pustego środka, powodując jego kurczenie. Pedro Reis / MIT

W przeciwieństwie do piłki golfowej lub ud mojej cioci Mabel (z których oba są cały czas z dołeczkami), smorfa może przełączać się między gładkością a pomarszczeniem, w zależności od objętości materiału w środku. Piłka golfowa nie musi tego robić, ponieważ rzadko przekracza prędkość, przy której jej dołeczki przestają poprawiać jej aerodynamikę. Z drugiej strony samochody mogą jechać znacznie szybciej niż piłki golfowe. Przy dużych prędkościach wgłębienia faktycznie zwiększają opór powietrza. I dlatego powiedzieliśmy ci, żebyś powstrzymał się od dodawania własnych dołeczek do samochodu. Kiedy wjedziesz na autostradę, te domowe wgniecenia zaczną Cię spowalniać.

Naukowcy uważają, że smorfy pozwolą dostosować wygląd zewnętrzny samochodu, aby zminimalizować opór i zmaksymalizować aerodynamikę, w zależności od warunków. Jeśli samochód jedzie stosunkowo wolno, smorf może wydobyć jego dołeczki i zmniejszyć zarówno opór, jak i ilość energii potrzebnej do poruszania się samochodu. Kiedy samochód jedzie szybciej, smorf może się wygładzić, aby samochód mógł prześliznąć się w powietrzu. Czujniki na zewnątrz samochodu mogą odczytywać opór wiatru i dostosowywać poszycie samochodu w razie potrzeby.

Dzisiejsze samochody są projektowane tak, aby były tak aerodynamiczne, jak to tylko możliwe w większości sytuacji. Ale to, co samochód zyskuje na ogólnej aerodynamice, traci na aerodynamice w określonych sytuacjach. Samochód z gładką skórą może się nieustannie zmieniać, aby stać się maksymalnie wydajnym, niezależnie od warunków.

Samochody z inteligentnymi, modyfikowalnymi powierzchniami wciąż są daleko, ale smorfy otwierają ekscytujące możliwości nie tylko w projektowaniu samochodów, ale także w inżynierii lotniczej, a nawet w materiałach budowlanych. Na przykład budynek o gładkiej powierzchni może wytrzymać silne wiatry lepiej niż budynek wykonany z tradycyjnych materiałów.

Schludnie, co? A myślałeś, że twój cellulit nic dla ciebie nie robi.

Uwaga autora: Jak działają inteligentne, modyfikowalne powierzchnie

Kiedy myślisz o tym, jak zmniejszyć zużycie paliwa w samochodach, większość ludzi wybiera technologię, która faktycznie napędza samochód - lub to, co go napędza. Dopiero niedawno, dzięki zastosowaniu materiałów takich jak aluminium i włókno węglowe w samochodach masowych, zaczęliśmy kwestionować, czy materiały, których używamy do budowy samochodów, mogą przyczynić się do poprawy wydajności. Kiedy większość ludzi wyobraża sobie samochód przyszłości, myślą o super gładkim samochodzie przecinającym ruch uliczny. Samochód zmieniający kształt z wgłębieniem na skórze może nie mieć takiego samego wrażenia lub wyglądu jak Tron, ale z pewnością poprawia mi to wgniecenie, które włożyłem w błotnik, próbując zaparkować równolegle w zeszłym tygodniu.

Powiązane artykuły

• Jak działa aerodynamika
• Jak działają tunele wiatrowe
• Jak działają samochody elektryczne
• Czy samochód może dostać 100 mil za galon?
• 10 Mistyfikacje dotyczące urządzeń oszczędzających paliwo
• [Quiz] Car Smarts: Green Driving

Źródła

• Bennington-Castro Joseph. „Inteligentne, morfowalne powierzchnie mogą się zagłębiać do woli”. Biuletyn MRS. 39, 8655-655. Sierpień 2014. (20 października 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. „Powierzchnie modyfikowalne mogą obniżyć opór powietrza”. MIT News. 24 czerwca 2014 r. (20 października 2014 r.) Http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Ciężko, Andrew. „To nie jest Bubblegum; to„ Morphable ”Automotive Skin of the Future firmy MIT”. Trendy cyfrowe. 29 lipca 2014. (20 października 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. „Przyszłe najszybsze samochody można pokryć skórkami z możliwością zmiany kształtu”. Przewodowy. 24 lipca 2014. (20 października 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/