Newsy

Innowacyjny materiał pozwoli opracować samonaprawiające się skrzydła samolotu. W przyszłości może zostać użyty do tworzenia wielu futurystycznych technologii

2020-09-01  |  06:00
Wszystkie newsy

Naukowcy opracowali nową grupę materiałów, które mogą się same naprawiać i mają pamięć kształtu. Naturalnie przylegają do siebie w powietrzu lub pod wodą, tym samym mogą znaleźć zastosowanie w stworzeniu platform dla pojazdów powietrznych czy futurystycznych samonaprawiających się skrzydeł samolotu. – Chcielibyśmy zbadać wprowadzenie inteligencji niskiego poziomu, aby materiały te wiedziały, że dostosowują się autonomicznie bez konieczności inicjowania procesu przez użytkownika – zapowiada dr Frank Gardea z United States Army Research Laboratory.

Naukowcy z Uniwersytetu Texas A&M oraz Dowództwa ds. Rozwoju Zdolności Bojowych Armii Stanów Zjednoczonych Army Research Laboratory, poprawiając skład chemiczny pojedynczego polimeru, stworzyli całą rodzinę materiałów syntetycznych o różnej teksturze, od ultramiękkich po bardzo sztywne.

– Stworzyliśmy grupę materiałów, których właściwości można precyzyjnie dostroić, aby uzyskać miękkość gumy lub wytrzymałość nośnych tworzyw sztucznych – podkreśla dr Svetlana Sukhishvili, profesor na Wydziale Inżynierii Materiałowej Texas A&M University.

Takie właściwości sprawiają, że w przyszłości może udać się stworzyć realistyczne roboty inspirowane biologicznie czy zaawansowane maszyny. W ten sposób mogą powstać protezy, które zastąpią np. kończynę, będą przy tym nie do odróżnienia od prawdziwego ciała, a nawet lepsze. Wszystko dzięki wyjątkowym właściwościom materiału.

– Takie cechy tych materiałów, jak możliwość druku 3D i możliwość samoleczenia w ciągu kilku sekund, sprawiają, że nadają się one nie tylko do bardziej realistycznej protetyki i miękkiej robotyki, lecz także do szerokich zastosowań wojskowych, takich jak zwinne platformy dla pojazdów powietrznych i futurystyczne samoodbudowujące się skrzydła samolotu – wymienia dr Svetlana Sukhishvili.

Polimery syntetyczne składają się z długich sznurków powtarzających się motywów molekularnych, podobnych do koralików. W polimerach elastomerowych lub elastomerach takie długie łańcuchy są lekko usieciowione, co sprawia, że materiały są gumowate. Poprzez zwiększenie liczby wiązań poprzecznych elastomery można też usztywnić.

– Połączenia są jak szwy w kawałku materiału, im więcej masz szwów, tym sztywniejszy staje się materiał i odwrotnie – tłumaczy dr Sukhishvili. – Chcieliśmy jednak uzyskać dynamiczne i odwracalne usieciowienie, abyśmy mogli stworzyć materiały, które nadają się do recyklingu.

Naukowcy skupili się na cząsteczkach biorących udział w sieciowaniu. Najpierw wybrali polimer macierzysty, prepolimer, a następnie chemicznie uzupełnili łańcuchy prepolimeru dwoma typami małych cząsteczek sieciujących - furanem i maleimidem. Odkryli, ze im więcej cząsteczek w prepolimerze, tym sztywniejsze materiały udaje im się stworzyć. Dzięki temu najtwardszy materiał, który stworzyli, był tysiąc razy mocniejszy niż ten najdelikatniejszy.

Wiązania poprzeczne są odwracalne. Gdy temperatura jest wystarczająco wysoka, furan i malemid odrywają się od łańcuchów polimeru, a materiały miękną. W temperaturze pokojowej materiały twardnieją, ponieważ cząsteczki szybko łączą się ze sobą, ponownie tworząc wiązania poprzeczne.

– Modyfikując sprzęt i parametry przetwarzania w standardowej drukarce 3D, mogliśmy używać naszych materiałów do drukowania złożonych obiektów 3D warstwa po warstwie – tłumaczy dr Frank Gardea, inżynier badawczy w United States Army Research Laboratory. – Wyjątkową zaletą naszych materiałów jest to, że warstwy tworzące część 3D mogą mieć bardzo różną sztywność.

W przyszłości naukowcy planują zwiększyć funkcjonalność swoich nowych materiałów. Jeśli im się powiedzie, materiały będą potrafiły np. same się naprawiać.

– W tej chwili możemy łatwo osiągnąć około 80 proc. samoleczenia w temperaturze pokojowej, ale chcielibyśmy osiągnąć 100 proc. Chcemy również, aby nasze materiały reagowały na bodźce inne niż temperatura, takie jak światło – wskazuje dr Frank Gardea. – W dalszej perspektywie chcielibyśmy zbadać wprowadzenie inteligencji niskiego poziomu, aby materiały te wiedziały, że dostosowują się autonomicznie bez konieczności inicjowania procesu przez użytkownika.

Czytaj także

Więcej ważnych informacji

Jedynka Newserii

Jedynka Newserii

Medycyna

Roboty pomogą osobom niepełnosprawnym w codziennym życiu. Wspomagane sztuczną inteligencją będą mogły nawet je karmić [DEPESZA]

Roboty monitorują statystyki życiowe pacjentów i ostrzegają pielęgniarki, wprowadzają też automatycznie informacje do elektronicznej karty zdrowia pacjenta. Inne pomagają podczas operacji lub całkowicie zastępują lekarzy. Roboty rehabilitacyjne pomagają zaś osobom niepełnosprawnym w codziennych czynnościach. Zespół naukowców ze Stanfordu opracował nowatorski sposób sterowania ramionami robotów. Inteligentne kontrolery pozwalają na precyzyjne ruchy, które umożliwią np. karmienie pacjentów.

Energetyka

Opracowano materiał zdolny do przechwytywania dwutlenku węgla z przemysłowych gazów cieplarnianych. To rewolucja w drodze do zeroemisyjności [DEPESZA]

Zgodnie z postanowieniami Europejskiego Zielonego Ładu, porozumienia wypracowanego przez Komisję Europejską w 2019 roku, państwa członkowskie zobowiązały się do redukcji emisji gazów cieplarnianych do zera nie później niż do 2050 roku. W realizacji tych założeń może pomóc innowacyjny materiał opracowany na Uniwersytecie w Bayreuth, który pozwala odseparować dwutlenek węgla z mieszaniny gazów.

 

Jak korzystać z materiałów Newserii?

Ważne informacje dla dziennikarzy i mediów

Wszystkie materiały publikowane w serwisach agencji informacyjnej Newseria przeznaczone są do bezpłatnej dystrybucji poprzez serwisy internetowe, stacje radiowe i telewizje, wydawców prasy oraz aplikacje pełniące funkcję agregatorów newsów. 

Szczegóły dotyczące warunków współpracy znajdują się tutaj.