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          “元流體”能通過編程改變性質(zhì)

          2024-04-07 08:35:00

          來源:科技日報(bào)

          原標(biāo)題:“元流體”能通過編程改變性質(zhì)

          元流體通過哈佛徽標(biāo)展示其可調(diào)光學(xué)性質(zhì)。圖片來源:哈佛海洋研究所

          美國哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究人員開發(fā)出一種可編程的“元流體”,其彈性、黏度、光學(xué)特性等性質(zhì)均可調(diào)節(jié),甚至能在牛頓流體和非牛頓流體之間轉(zhuǎn)換。該研究發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

          這種創(chuàng)新超流體被稱為“元流體”,使用了微型彈性球體(50—500微米之間)的懸浮液,球體在壓力下會(huì)彎曲,從根本上改變流體的性質(zhì)。元流體可用于液壓執(zhí)行器、程序機(jī)器人、根據(jù)沖擊強(qiáng)度消散能量的智能減震器,以及從透明過渡到不透明的光學(xué)設(shè)備等各種方面。

          利用高度可擴(kuò)展的制造技術(shù),研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了數(shù)十萬個(gè)高度可變形的球形膠囊,其中充滿空氣并將它們懸浮在硅油中。當(dāng)液體內(nèi)部壓力增加時(shí),膠囊就會(huì)塌陷,形成一個(gè)類似透鏡的半球體;壓力消除后,膠囊會(huì)彈回球形。

          通過改變流體中膠囊的數(shù)量、厚度和尺寸,可改變流體的許多特性,包括其黏度和透明度。

          研究人員將元流體加載到液壓機(jī)器人夾具中,讓夾具拾取玻璃瓶、雞蛋和藍(lán)莓,通過編程調(diào)節(jié)流體性質(zhì),從而調(diào)整其抓力來拾取3種物體而不壓碎它們。

          在由普通空氣或水驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中,機(jī)器人需要傳感器或外部控制才能做到這一點(diǎn)。而對于元流體來說,不需要任何傳感器,液體本身會(huì)響應(yīng)不同的壓力,改變其柔順性來調(diào)整夾具的力量,從而拿起沉重的瓶子、易碎的雞蛋或一個(gè)小藍(lán)莓。

          研究還表明,當(dāng)膠囊為球形時(shí),元流體的行為類似于牛頓流體,這意味著其黏度僅隨溫度而變化。然而,當(dāng)膠囊塌陷時(shí),懸浮液會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥nD流體,其黏度會(huì)隨著剪切力而變化。這也是第一種被證明可在牛頓態(tài)和非牛頓態(tài)之間轉(zhuǎn)變的超流體。

          (記者張夢然)

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