Исследователи создают материал, способный выполнять различные задачи в зависимости от температуры

Исследование, проведенное профессором гражданского и окружающего инжиниринга Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне Шелли Чжан и студентом аспиранту Вейчен Ли, в сотрудничестве с профессором Тянь Чен и аспирантом Юэ Ванг из Университета Хьюстона, использовало компьютерные алгоритмы, два различных полимера и 3D-печать для разработки материала, который расширяется и сжимается в ответ на изменение температуры с или без вмешательства человека.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

“Создание материала или устройства, которое будет реагировать на окружающую среду в зависимости от определенных обстоятельств, очень сложно представить, полагаясь только на человеческую интуицию – существует так много возможностей дизайна”, – сказала Чжан. “Поэтому вместо этого мы решили использовать компьютерный алгоритм, чтобы помочь нам определить лучшую комбинацию материалов и геометрии”.

Команда сначала использовала компьютерное моделирование для разработки двухкомпонентного композита, который может вести себя по-разному при различных температурах на основе пользовательского ввода или автономного датчика.

“В рамках этого исследования мы разработали материал, который может вести себя как мягкая резина при низких температурах и как жесткий пластик при высоких температурах”, – сказала Чжан.

После изготовления материал был протестирован на способность реагировать на изменение температуры для выполнения простой задачи – включение светодиодных ламп.

“Наше исследование показывает, что возможно создать материал с интеллектуальными возможностями температурного контроля, и мы предвидим, что это будет очень полезно в робототехнике”, – сказала Чжан. “Например, если необходимо изменить грузоподъемность робота при изменении температуры, материал ‘знает’, как адаптировать свое физическое поведение, чтобы остановиться или выполнить другую задачу”.

Один из краеугольных камней исследования – оптимизационный процесс, который помогает исследователям интерполировать распределение и геометрию двух необходимых полимерных материалов.

“Нашей следующей целью является использование этой техники для добавления еще одного уровня сложности в программируемое или автономное поведение материала, такого как возможность определения скорости удара от другого объекта”, – сказала она. “Это будет критично для материалов в робототехнике, чтобы знать, как реагировать на различные опасности на поле”.

Это исследование поддержал Национальный фонд науки.
Оригинальная новость на сайте