麻省理工学院工程师致力于大规模结构变形

想象一只鸟,毫不费力地调整翅膀捕捉每一股气流。与今天的飞行器相比,能够做到这一点的飞机将拥有许多优势,包括提高燃油效率。

现在麻省理工学院工程师们报告说,他们可能已经找到了一种让结构和材料以这种方式移动的方法,基本上就是从一种形状变成另一种形状。欧洲杯足球竞彩

这一发现可能会带来一种根据需求而改变形状的飞机,从最节能的形状变成另一种更适合敏捷性的形状,或者一种船体改变形状以在波涛汹涌、平静或浅水中更有效地移动的船。

这种科幻作欧洲杯线上买球品已经进行了20年,但在传统设备如液压设备上是无法实现的。由于成本、重量和移动方便等诸多原因,液压设备不实用。

麻省理工学院的工作涉及一种常见设备的新应用:可充电电池。描述该团队进展的论文发表在今年早些时候的《高级功能材料和电化学与固态快报》(Advanced Functional Materials and Electrochemical 欧洲杯足球竞彩and Solid-State Letters)。

电池在充电过程中会膨胀和收缩。“这通常被认为是对电池有害的东西。但是我认为我们可以将这种行为应用到另一个方面:驱动,或运动,大型结构,”京瓷材料科学与工程(MSE)教授Yet-Ming Chiang说。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

Chiang和航空航天系的Steven R. Hall教授领导了一个团队,团队成员还包括MSE研究生Timothy E. Chin和博士后Yukinori Koyama,航空航天研究生Fernando Tubilla和博士后Kyung Yeol Song,以及三名访问学生,Urs Rhyner(来自瑞士联邦理工学院,ETH-Zurich)和Dimitrios Sapnaras和Georg Baetz(德国卡尔斯鲁厄大学)。

几种类型的“活性”材料已经被用于移动设备,从微型电机欧洲杯足球竞彩到微型定位器。然而,霍尔说,没有一种“能够实现我们正在研究的大规模结构变形”。

例如,一些被称为压电的“智能材料”可以在眨眼之内改欧洲杯足球竞彩变形状,但它们几乎是在微观水平上做到的。它们无法将机翼移动到影响飞行所需的距离。

类似地,形状记忆合金具有用于大规模驱动的特性,但它们需要温度控制才能工作。“所以为了让它们工作,你必须让它们保持温暖和绝缘。如果你想让它们恢复到原来的形状,就需要很长时间来冷却它们。”霍尔说。这些都不是无缝变形的最佳条件。

为了寻找允许这种变形的材料,工程师欧洲杯足球竞彩们最近把重点放在了利用自然的方法来解决这个问题上。一种植物会弯着身子迎着阳光,碰到阳光就会迅速卷起叶子,或者用它的根把混凝土人行道推到高处,这些植物本质上是在细胞间移动液体。

蒋意识到,在锂可充电电池中存储电能的固体化合物可以用类似的方法工作。他认为,在充电和再充电的过程中,离子在这些物质之间的运动类似于植物中的流体运动欧洲杯足球竞彩。这可能是自然解决方案的合成替代品吗?

为了找到答案,蒋和霍尔开始测试商用的棱柱形可充电电池,然后设计了他们自己的装置,由石墨柱和锂源组成。结果很有希望。

除此之外,他们还发现,电池在巨大的压力下还能继续膨胀和收缩,这对于设备来说是必须的,因为这些设备将改变坚硬的直升机旋翼的形状,而直升机旋翼也暴露在空气动力之下。

该方法的其他关键优势:与压电电路要求的几百伏电压相比,电激活电池可以在低电压(小于5伏)下工作。制造电池欧洲杯足球竞彩的材料本身也很轻。霍尔说:“对于能飞的东西来说,重量很重要。”

研究人员已经演示了基本的基于电池的致动器,可以用大的力拉和推。今年晚些时候,他们希望展示直升机旋翼叶片的形状变化。变形能力应该允许更有效的设计,最终使车辆承载更重的负载成为可能。团队成员说,其他应用,包括微电子机械系统(MEMS)的微型化设备,可能会从这些初步演示中产生。

研究人员强调,还有很多工作要做,比如优化电池的设计,以便在变形车辆中实现最佳运行。然而,蒋指出,“我们已经能够证明这种方法的潜力,即使使用这些非常未优化的现成电池。”

http://web.mit.edu

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