Jak inteligentní morfabilní povrchy fungují

Když je zima, nemusíte říkat své kůži „je čas na husí rány“. Ví, co dělat na základě podmínek, kterým čelí. Smorfy fungují stejně. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

Až se příště podíváte dolů a uvidíte celulitidu na stehnech, nezoufejte: Ty jamky by vás ve skutečnosti mohly učinit rychlejšími a aerodynamičtějšími.

Ne, neděláme si srandu. Jakmile se dozvíte o inteligentních morfovatelných površích, možná zjistíte, že váš tělesný tvaroh je něco, co stojí za oslavu. Dozvíte se také, že nechat své auto promáčknout v krupobití může být dobré pro vaši spotřebu paliva - alespoň v některých jízdních situacích. Než však začnete oslavovat důlky v autě nebo kůži, musíte vědět, jak fungují inteligentní morfovatelné povrchy.

Inteligentní morfovatelné povrchy nebo smorfy jsou povrchy, které se mění v reakci na podmínky kolem a uvnitř nich. Vaše pleť je jako smrad. Pokud se podmínky uvnitř vaší pokožky změní, jako byste přibírali na váze, vaše pokožka se s ní mění. Začněte například bít Doritos příliš tvrdě a vaše břicho poroste. Dobrou zprávou je, že na rozdíl od vašich džíny vaše pokožka s ní poroste. Pokud jste někdy byli těhotní nebo jste viděli bříško těhotné ženy, víte, že se vaše kůže může natáhnout a napnout přes rostoucí část těla. Když se tato část těla zmenší z toho, že má dítě nebo obchoduje s Doritos za mrkvové tyčinky, kůže se obvykle také zmenší zpět dolů.

Naše pokožka se samozřejmě ne vždy dokonale smršťuje. Po velkém úbytku na váze můžeme mít uvolněnou kůži a strie. Kůže však neodpovídá pouze na podmínky uvnitř těla. Strávit příliš dlouho ve vaně a dostanete vrásky. Vydejte se venku v chladném dni ven a dostanete husí rány (stejně jako citaci, protože veřejná nahota je na většině míst nezákonná). Smorfy jsou jako kůže, protože nejsou vždy hladké a elegantní a mohou reagovat na podmínky uvnitř i vně těla. V některých případech mohou důlky ve smorpu zlepšit aerodynamiku a úsporu paliva pro automobily. Kdyby to mohly udělat jen vaše strie. Neustále čtěte, abyste zjistili, jak může vůz, kterým byste v budoucnu mohli řídit, mít kůži měnící tvar, která je ztlumená jednu minutu a další hladká - a to záleží na podmínkách jízdy.

Obsah

1. Dimples and Aerodynamics
2. Smorphs at MIT
3. Inteligentní morfabilní povrchy a auta

Na rozdíl od golfového míčku (který je neustále tlumen), se smirf může přepínat mezi hladkým nebo pomačkaným, v závislosti na objemu materiálu uvnitř. Airubon / ThinkStock

Vydejte se na odpolední jízdu na driving range a uvidíte inspiraci pro použití smorphů na autech. Golfové míče se svými jemně zvrásněnými exteriéry pomohly informovat o některých pracích, které inženýři a další vědci dělají na smorfách, o výzkumu, který by se mohl promítnout do potemnělé pleti - a tím i do zlepšení spotřeby paliva - pro automobily.

Golfové míčky nebyly vždy úmyslně protáčeny. Ve skutečnosti až do poloviny 18. století byly golfové míčky hladké a během hry se propadly. Zasažení stokrát tak jednou za kolo přivede na vás nějaké dings and dents. Když si golfisté všimli, že starší, promáčknuté míče šly dále, začali požadovat stejný výkon i od nových golfových míčků. A když výrobci začali prodávat promáčknuté koule, zrodila se moderní tlumená golfová koule.

Dírky na golfovém míčku pomáhají jít dále, protože promáčky neumožňují vzduchu "držet" míč. Místo toho, jamky narušují vzduch nejblíže k míči, zatímco to cestuje. Každý důlek dělá pro malý mini cyklón kolem míče. Místo toho, aby vypadal jako hladká koule se vzduchem cestujícím nad ní, skončí povrch koule vypadající jako jízda na šálku: koule se pohybující vzduchem, ale s menšími kruhy kroucení vzduchu kolem ní. Tento vířící pohyb pomáhá pohybovat vzduchem kolem míče rychleji, což snižuje odpor větru, kterému čelí míč. Menší odpor větru znamená, že k pohybu míče v dané vzdálenosti je zapotřebí méně energie.

U automobilu znamená menší odpor větru, že k pohybu vpřed po silnici je zapotřebí méně energie. To se promítá do lepší spotřeby paliva, nebo pokud mluvíte o elektrických autech, méně vyčerpání baterie. Neberte si golfový klub do svého auta, přesto ještě. Rozměry na automobilech zvyšují účinnost pouze v určitých situacích. Tam přicházejí smorfy.

Vědci na Massachusetts Institute of Technology vytvořili silikonové smirfy, které reagují na podmínky a snižují vzduchový odpor, kterému čelí tím, že jsou ztmavnuté nebo hladké. Jorge Salcedo / ThinkStock

To je jen hádání, ale je pravděpodobné, že většina spotřebitelů nebude chtít koupit pre-dented auto, i když to zlepšuje spotřebu paliva. Jde o to, že důlky v některých situacích pouze snižují odpor větru. V jiných situacích je výhodnější hladká pokožka. Stejně jako vaše vlastní pokožka se inteligentní morfovatelná plocha může přizpůsobit okolním podmínkám.

Pomyslete na smirfy jako na balónky: Když vyhodíte balón, jeho povrch se stane hladkým a pevným. Pokud se však objem vzduchu uvnitř balónku změní - řekněme kvůli úniku nebo změně teploty vzduchu - povrch balónku se stane měkkým a ohebným. V případě, že vědci doufají, že zlepší aerodynamiku a palivovou účinnost v automobilech, zmačkají se. Tyto vrásky by mohly být velkou pomocí při budování efektivnějších automobilů.

Přechod z hladkého na tlumený pokrývá součást „morfability“ inteligentních morfovatelných povrchů, ale klíčová je také „inteligentní“ část názvu. Když je zima, nemusíte říkat své kůži „je čas na husí rány“. Ví, co dělat na základě podmínek, kterým čelí. Smorfy fungují stejně. Reagují na podmínky, kterým čelí, aby vytvořily nejvíce aerodynamický povrch.

Vědci na Massachusetts Institute of Technology vytvořili silikonové smirfy, které reagují na podmínky a snižují vzduchový odpor, kterému čelí tím, že jsou ztmavnuté nebo hladké. Aby se vytvořily jamky, vědci odtlakují vnitřní prostor smorfy. Smorph reaguje na změnu vnitřního objemu, jako je kůže na někom, kdo najednou ztratil své pivní břicho, vytvořením vzoru vrásek a jamek. Když se vnitřní objem zvýší, vůně se vyhladí.

Ve vozidle by mohly být senzory, počítač a software připojeny k vnějšímu povrchu vozidla, což by umožňovalo kontrolovat měření odporu a podle potřeby upravovat vlastnosti kůže, aby se snížil odpor a zvýšila se spotřeba paliva..

Tato koule je vyrobena z měkkého polymeru s dutým středem a tenkého povlaku z tuhšího polymeru. Když je vzduch čerpán z dutého středu, dochází ke ztmavnutí, což způsobí jeho smrštění. Pedro Reis / MIT

Na rozdíl od golfového míče nebo stehen mé tety Mabel (obojí je po celou dobu tlumená) se smíchání může přepínat mezi hladkým nebo pomačkaným, v závislosti na objemu materiálu uvnitř. Golfový míček to nemusí dělat, protože zřídka jde nad rychlost, kde jeho jamky přestanou zlepšovat svou aerodynamiku. Na druhé straně auta mohou jezdit mnohem rychleji než golfové míčky. Při vysokých rychlostech jamky skutečně zvyšují odolnost proti větru. A proto jsme vám řekli, abyste se zdrželi přidávání vlastních jamek do svého auta. Když vyrazíte na dálnici, začnou vás tyto domácí promáčky zpomalovat.

Vědci se domnívají, že smorfy umožní přizpůsobení exteriéru automobilu, aby se minimalizoval odpor a maximalizovala aerodynamika, v závislosti na podmínkách. Pokud vůz jede relativně pomalu, smorf může vyvést své důlky a snížit jak odpor, tak množství energie, které potřebuje auto k pohybu. Když auto jede rychleji, smorph se může vyhladit, aby umožnil vozu proklouznout vzduchem. Senzory na vnější straně vozu dokážou číst odpor větru a podle potřeby upravovat kůži vozu.

Automobily jsou dnes navrženy tak, aby byly stejně aerodynamické, jako ve většině situací. Ale co auto získá obecně v aerodynamice, ztrácí v aerodynamice pro specifické situace. Vůz se smetanovou kůží se může neustále měnit tak, aby byl co nejúčinnější, bez ohledu na podmínky.

Automobily s inteligentními morfovatelnými povrchy jsou stále ještě daleko, ale smorfy otevírají některé vzrušující možnosti nejen pro automobilový design, ale také pro letecký průmysl a dokonce i pro stavební materiály. Například budova s ​​povrchem smirfable by mohla být schopna lépe odolávat vysokým větrům než budova vyrobená z tradičních materiálů.

Úhledné, co? A vy jste si mysleli, že vaše celulitida pro vás nic nedělá.

Poznámka autora: Jak fungují inteligentní morfovatelné povrchy

Když přemýšlíte o tom, jak zlepšit úsporu paliva pro automobily, většina lidí se vrací domů k technologii, která auto skutečně pohání - nebo co ho pohání. Teprve nedávno, s použitím materiálů, jako je hliník a uhlíkové vlákno v hromadných automobilech, jsme začali pochybovat o tom, zda materiály, které používáme k výrobě automobilů, mohou přispět ke zlepšení účinnosti. Když si většina lidí představí auto budoucnosti, myslí si na super úhledný automobil, který se proplétá dopravou. Tvarově proměnlivé auto se ztlumenou pokožkou nemusí mít úplně stejný pocit nebo vzhled, jako je Tron, ale rozhodně se cítím lépe, pokud jde o důlku, který jsem vložil do blatníku, zatímco jsem se snažil minulý týden paralelní park.

Související články

• Jak funguje aerodynamika
• Jak fungují větrné tunely
• Jak elektrická auta fungují
• Může auto získat 100 mil za galon?
• 10 Hoaxů na úsporu paliva
• [Kvíz] Auto Smarts: Green Driving

Prameny

• Bennington-Castro, Joseph. „Inteligentní morfabilní povrchy se mohou libovolně rozmělnit.“ Bulletin MRS. 39. 8. 655-655. Srpen 2014. (20. října 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstrakt?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. "Morfabilní povrchy by mohly snížit odpor vzduchu." MIT Novinky. 24. června 2014. (20. října 2014) http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Těžko, Andrew. "To není Bubblegum; je to MIT 'Morphable' Automotive Skin of the Future." Digitální trendy. 29. července 2014. (20. října 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. "Zítra nejrychlejší auta by mohla být pokryta morfovatelnými skiny." Kabelové. 24. července 2014. (20. října 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/