Forscher an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences haben ein einzigartiges Metafluid entwickelt, das seine Eigenschaften wie Federung, Viskosität und optische Merkmale anpassen kann. Das Metafluid besteht aus winzigen Elastomersphären in einer Flüssigkeit, die sich unter Druck verformen und so das Verhalten der Flüssigkeit verändern. Diese innovative Flüssigkeit kann in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, darunter in der Robotik, Stoßdämpfern und optischen Geräten. Im Gegensatz zu festen Metamaterialien kann das Metafluid fließen und sich der Form seines Behälters anpassen.

Die Forscher verwendeten eine an der Harvard entwickelte Fertigungstechnik, um verformbare Kapseln in einer Flüssigkeit herzustellen, die Eigenschaften ändern, wenn sie unter Druck gesetzt werden. Durch Anpassen der Eigenschaften der Kapseln, wie Anzahl und Größe, können die Eigenschaften der Flüssigkeit wie Viskosität und Undurchsichtigkeit gesteuert werden. Demonstrationen zeigten die Vielseitigkeit des Metafluids, z.B. indem einem robotischen Greifer ermöglicht wird, Objekte ohne Quetschen zu manipulieren, und die Vorführung von programmierbaren fluidischen Logikgattern. Außerdem kann das Metafluid seine optischen Merkmale verändern und je nach Druckänderungen zwischen newtonschem und nicht-newtonschem Flüssigkeitszustand wechseln.

Künftige Forschungen werden sich mit den akustischen und thermodynamischen Eigenschaften des Metafluids beschäftigen. Die Forscher sehen ein großes Potenzial für diese leicht herstellbaren Metafluide und erwägen kommerzielle Nutzungsmöglichkeiten mit Unterstützung des Harvard Office of Technology Development. Die Ergebnisse der Studie wurden in Nature veröffentlicht und von einem Team unter anderem mit Adel Djellouli, Katia Bertoldi und David A. Weitz verfasst, mit teilweiser Finanzierung durch die NSF.

Einführung

Die Schaffung eines Metafluids mit einstellbaren Eigenschaften an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences und dessen Anwendungen in verschiedenen Bereichen.

Eigenschaften des Metafluids

Erklärung, wie die Federkraft, Viskosität und optischen Eigenschaften des Metafluids modifiziert werden können und wie es sich von festen Metamaterialien unterscheidet.

Federkraft

Details dazu, wie das Metafluid unter Druck seine Federkraft anpasst, um sich zu verformen und an verschiedene Bedingungen anzupassen.

Viskosität

Diskussion darüber, wie die Viskosität des Metafluids durch Veränderung der Eigenschaften der Elastomersphären in der Flüssigkeit verändert werden kann.

Optische Eigenschaften

Einblick, wie die optischen Merkmale des Metafluids manipuliert werden können und Möglichkeiten für optische Geräte und andere Anwendungen bieten.

Herstellungsprozess

Erklärung der Technik, die vom Forschungsteam an der Harvard verwendet wird, um die verformbaren Kapseln im Metafluid zu erzeugen und wie diese Kapseln angepasst werden können, um die Eigenschaften der Flüssigkeit zu kontrollieren.

Verformbare Kapseln

Details zu den in der Flüssigkeit suspendierten Kapseln, die Eigenschaften verändern, wenn sie unter Druck gesetzt werden und somit die Manipulation der Viskosität und anderer Eigenschaften ermöglichen.

Anpassung von Eigenschaften

Erklärung, wie die Einstellung von Attributen wie Anzahl und Größe der Kapseln das Verhalten der Flüssigkeit beeinflussen kann und präzise Kontrolle über ihre Eigenschaften ermöglicht.

Anwendungen des Metafluids

Übersicht über die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Metafluids in Bereichen wie Robotik, Stoßdämpfern und optischen Geräten und Hervorhebung seiner Vielseitigkeit.

Robotik

Beispiele, wie das Metafluid die Fähigkeiten von Robotern verbessern kann, z.B. durch sanfte Objektmanipulation ohne Schäden.

Stoßdämpfer

Diskussion darüber, wie die Eigenschaften des Metafluids in Stoßdämpfern genutzt werden können, um Leistung und Haltbarkeit zu verbessern.

Optische Geräte

Erkundung, wie die Fähigkeit des Metafluids, seine optischen Merkmale zu verändern, der Entwicklung fortschrittlicher optischer Geräte zugutekommen kann.

Zukünftige Forschung und Kommerzialisierung

Ein Überblick über die geplante Erforschung der akustischen und thermodynamischen Eigenschaften des Metafluids sowie potenzielle Kommerzialisierungsmöglichkeiten.

Akustische und thermodynamische Eigenschaften

Details zur bevorstehenden Forschungskonzentration auf das akustische und thermische Verhalten des Metafluids, um dessen Anwendungsbereich zu erweitern.

Kommerzialisierungsmöglichkeiten

Diskussion über das Potenzial zur Kommerzialisierung dieser leicht herstellbaren Metafluide und wie das Büro für Technologieentwicklung der Harvard diese Bemühungen unterstützt.

Studieninformationen

Informationen zur Veröffentlichung der Forschungsergebnisse in Nature und Anerkennung der Teammitglieder, Finanzierungsquellen und der Institution, die an der Studie beteiligt war.

Quelle

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