Вдохновение морского дна: механический переключатель выполняет защитную функцию
Природное вдохновение в данном случае исходит от морских огурцов.
У этих морских существ есть особый защитный механизм: когда на них нападают хищники в их естественной среде обитания на морском дне, морские огурцы могут адаптироваться и укреплять свои ткани, так что их мягкая внешность немедленно затвердевает. «Это адаптивное механическое поведение, которое принципиально трудно воспроизвести», – сказал профессор Андреас Вальтер. Теперь, когда их работа опубликована, его команде удалось воспроизвести основной принцип в модифицированной форме с использованием привлекательного материала и столь же привлекательного механизма переключения.
Ученые использовали нанофибриллы целлюлозы, извлеченные и обработанные из клеточной стенки деревьев.
Нанофибриллы даже мельче, чем микроволокна в стандартной бумаге, и в результате получается полностью прозрачная, почти стеклянная бумага. Материал жесткий и прочный, привлекательный для легкой конструкции.
Его характеристики даже сопоставимы с характеристиками алюминиевых сплавов. В своей работе исследовательская группа применила электричество к этим нанобумагам на основе целлюлозных нанофибрилл. Благодаря специально разработанным молекулярным изменениям, в результате материал становится гибким. Процесс обратимый и может управляться переключателем вкл / выкл.
"Это необычно. Все окружающие нас материалы не очень изменчивы, они нелегко переключаются с жестких на эластичные и наоборот. «Здесь с помощью электричества мы можем сделать это простым и элегантным способом», – сказал Вальтер. Таким образом, разработка уходит от классических статических материалов к материалам со свойствами, которые можно адаптивно регулировать. Это актуально для механических материалов, которые, таким образом, можно сделать более устойчивыми к разрушению, или для материалов с адаптивным демпфированием, которые могут переключаться с жестких на эластичные при перегрузке, например.
Ориентация на материал с собственным накопителем энергии для автономного включения / выключения
На молекулярном уровне процесс включает нагрев материала под действием тока и, таким образом, обратимое нарушение точек сшивания.
Материал размягчается в зависимости от приложенного напряжения, i.е., чем выше напряжение, тем больше точек сшивания нарушается и тем мягче становится материал. Видение будущего профессора Андреаса Вальтера также начинается с источника питания: в то время как в настоящее время для начала реакции необходим источник энергии, следующей целью будет производство материала с его собственной системой накопления энергии, так что реакция будет по существу срабатывает "внутренне", как только, например, возникает перегрузка и становится необходимым демпфирование. "Сейчас нам все еще нужно переключать выключатель самим, но мы мечтаем, чтобы материальная система могла сделать это сама."