Science fiction staje się faktem naukowym, gdy badacze tworzą płynne bicie serca

Anonim

W przełomowym odkryciu badacze University of Wollongong (UOW) stworzyli efekt "bicia serca" w ciekłym metalu, powodując rytmiczne pulsowanie metalu w sposób podobny do bicia serca.

Ich odkrycia zostały opublikowane w wydaniu czasopisma Physical Review Letters z 11 lipca, wiodącego na świecie czasopisma poświęconego podstawowym badaniom fizyki.

Naukowcy wytworzyli bicie serca poprzez elektrochemiczne stymulowanie kropli ciekłego galu, powodując jego oscylację w regularny i przewidywalny sposób. Gal (Ga) jest miękkim srebrzystym metalem o niskiej temperaturze topnienia, który staje się ciekły w temperaturach wyższych niż 29, 7 ° C.

Odkrycie ma potencjalne zastosowania dla płynnych timerów i siłowników w sztucznych mięśniach, miękkiej robotyzacji i układach mikroprzepływowych "lab-on-a-chip".

Profesor Xiaolin Wang, lider węzła i lider tematu w Centrum Doskonałości ARC dla przyszłych energoelektronicznych technologii elektronicznych (FLEET), kierował zespołem badawczym z Instytutu Nadprzewodnictwa i Materiałów Elektronicznych UOW w Australijskim Instytucie Innowacyjnych Materiałów.

"Projektując specjalną elektrodę i przykładając napięcie do kropli ciekłego metalu, byliśmy w stanie sprawić, że metal poruszał się jak bijące serce" - powiedział profesor Wang.

Podczas gdy podobne efekty uderzenia serca zostały utworzone wcześniej w ciekłej rtęci, powoduje to nieregularny ruch, który trudno jest dezaktywować lub kontrolować. Rtęć ma dodatkową wadę, ponieważ jest wysoce toksyczna.

Natomiast ciekły gal jest nietoksyczny i wytwarza regularny ruch (przy częstotliwościach wahających się od 30-100 uderzeń na minutę w zależności od siły grawitacji i od wielkości kropli), co czyni go potencjalnie o wiele większym zastosowaniem.

Profesor Wang powiedział, że jego badania w ciekłych metalach były inspirowane częściowo przez systemy biologiczne, a częściowo przez science fiction, w tym zmiennokształtny, ciekły metalowy robot "T-1000" w reżyserii Jamesa Camerona Terminator 2: Dzień Sądu.

"Dla mnie nic nie jest fikcją - science fiction jest faktem naukowym, którego jeszcze nie odkryto, kiedy widzę efekt w science fiction, myślę o tym, jak możemy stworzyć tę funkcjonalność w prawdziwym życiu" - powiedział.

"Nie chcę tworzyć robota Terminator, nie martw się, ale funkcjonalność płynnego robota może być przydatna w prawdziwym świecie, więc chciałem odkryć więcej funkcjonalności w ciekłym metalu.

"Ciekły robot z Terminatora 2 miał dwie funkcje: jedną, aby zmienić jej kształt, a następnie odzyskać, drugi zmienił stan z łagodniejszego na trudniejszy - jeśli pamiętasz scenę, w której wyciągnął rękę i zamienił ją w miecz, z miękkiego metalu zmienił się w twardy.

"Te dwie funkcje zostały odkryte: grupa w Chinach i inna grupa w Stanach Zjednoczonych odkryła pierwszą, zmieniając kształt, a następnie ją odzyskując, i to była moja grupa badawcza tutaj w UOW, która odkryła drugie zjawisko, przejście z miękkiego stanu do stanu twardego przez podanie napięcia.

"Opracowaliśmy również sposób natychmiastowego formowania dowolnych wzorów, w tym pisania, na ciekłym metalu bez dotykania go.Myszyłem na początku, aby znaleźć sposób na odtworzenie efektu" kółek zbożowych "w naszym laboratorium.

"A teraz stworzyliśmy funkcjonalność w ciekłym metalu, której nawet James Cameron nie był w stanie pojąć: jak sprawić, by poruszał się jak bijące serce".

Podczas gdy praca badawcza skupia się na fundamentalnej fizyce przełomu - zrozumieniu, w jaki sposób i dlaczego płynny gal zachowuje się w taki sposób, w jaki działa - zamiast swoich wniosków, profesor Wang powiedział, że istnieje wiele potencjalnych zastosowań.

"Jest tak wiele zastosowań urządzeń zbudowanych z bardziej miękkich materiałów" - powiedział.

"Miękka robotyka to nasza przyszłość. Aby rozwijać miękkie roboty, potrzebujemy mocy, aby napędzać miękką tkankę, aby się poruszać, więc bardzo naturalnie myślimy o miękkim sercu dla miękkiego robota.

"W wielu systemach biologicznych, u ludzi i zwierząt, serce napędza wszystko, więc metalowe tętno może być wykorzystywane jako pompa, jako siła napędowa do transportu cieczy przez kanał".

Dr David Cortie, pracownik naukowy ISEM i jeden z jego współautorów, stwierdził, że samoregulujący charakter płynnego bicia galu sprawił, że jest on dobrym kandydatem do wielu zastosowań.

"Czas bicia serca występuje naturalnie, nie trzeba stosować skomplikowanej elektroniki, aby czas zadziałał, a zatem samokontrola pompowania jest jedną z możliwości" - powiedział dr Cortie.

"Coś, co proponowaliśmy to oscylatory, w elektronice często potrzebna jest kontrola czasu, na przykład coś, co wysyła impuls dwa razy na sekundę, więc przez analogię funkcja ta może być przydatna w przypadku zegarów sterujących w układach mikroprzepływowych".

"Odkrycie stymulowanego napięciowo efektu bicia serca w kroplach ciekłego galonu" autorstwa Zhenwei Yu, Yuchen Chena, Franka F. Yun'a, Davida Cortie, Lei Jiang i Xiaolin Wanga zostało opublikowane 11 lipca w Physical Review Letters.

menu
menu