Инновация: новый светочувствительный материал позволяет напрямую переключаться с солнечной энергии на механическую.
Исследователи из Hayward Research Group из Университета Боулдера, штат Колорадо, представили революционную разработку — новый фотомеханический материал, который может произвести революцию в различных отраслях промышленности за счет преобразования световой энергии в механическую. Система, которая позволяет поднимать или складывать предметы, когда материал подвергается воздействию солнечного света, без использования других технологий. Открытие было опубликовано в Nature Materials .
Исследователи использовали светочувствительные фотомеханические кристаллы, которые деформируются при попадании света. Вместо того, чтобы пытаться создать большие кристаллы, которые разбиваются и кажутся чрезвычайно хрупкими, они взяли тысячи маленьких кристаллов и аккуратно «упаковали» их в пластиковый материал (полиэтилентерефталат). Таким образом они получили пластиковый материал, который аккуратно деформируется на свету, то есть настоящий «Мотор» или актуатор с прямой солнечной энергией, без прохождения электричества.
Этот инновационный материал, описанный в исследовании, опубликованном в журнале Nature Materials, открывает путь к энергоэффективным системам с беспроводным управлением и возможными интересными разработками в области робототехники, аэрокосмических и биомедицинских устройств.
Шаг за пределы традиционной механики
Традиционные методы преобразования солнечной энергии часто включают несколько этапов, что приводит к большой неэффективности. Нам нужно перейти от солнечной энергии к электричеству, транспортировать ее, использовать батареи, и все это связано со сложностью и значительным рассеиванием энергии.
Новый фотомеханический материал, разработанный учеными CU Boulder, устраняет необходимость в громоздких батареях или сложных электрических системах.
«Мы, так сказать, исключаем посредников, берем энергию света и преобразуем ее непосредственно в механическое напряжение», — объяснил профессор Райан Хейворд, Джеймс и Кэтрин Паттен, профессор химической и биологической инженерии в боулдеринге Университета Колорадо.
В отличие от предыдущих попыток с тонкими кристаллическими твердыми веществами, которые трескались под воздействием света, подход команды предполагает использование крошечных органических кристаллов в упругом полимерном материале.
Уникальная ориентация кристаллов позволяет им выполнять механические задачи, такие как сгибание или подъем предметов при освещении. Эта особенность делает их не только универсальными, но и невероятно эффективными. Способность материала поднимать предметы намного тяжелее, чем он сам, предполагает возможность применения в реальных условиях.
Будущие перспективы и вызовы
Используя силу света для создания механической работы, этот материал может проложить путь для автономных роботизированных систем и дронов, которые больше не обременены тяжелыми батареями.
« Интересно то, что эти новые механические приводы намного лучше, чем те, что были раньше. Они быстро реагируют, служат долго и могут поднимать тяжелые предметы », — отметила исследовательская группа.
Забегая вперед, исследователи планируют отрегулировать отзывчивость и эффективность материала. Хотя текущее состояние материала позволяет ему только переходить из плоского состояния в изогнутое, команда стремится улучшить его возможности движения.
« Нам еще предстоит пройти долгий путь, особенно с точки зрения эффективности, прежде чем эти материалы действительно смогут конкурировать с существующими приводами. Но это исследование является важным шагом в правильном направлении и дает нам дорожную карту того, как мы можем достичь этого в ближайшие годы» , — признал Хейворд о предстоящем путешествии.
Поддержка исследований получена за пределами CU Boulder, включая такие учреждения, как Калифорнийский университет в Риверсайде и Стэнфордский университет. Проект финансировался Управлением военно-морских исследований, что отражает широкий интерес к этой революционной технологии и возможности ее применения.
Поскольку мир с нетерпением ждет дальнейших достижений в этой области, инновационный материал ученых из Калифорнийского университета в Боулдере предлагает заглянуть в будущее, где энергия света станет движущей силой эффективных механических систем с беспроводным управлением.
Этот прорыв, способный изменить энергетические отрасли и технологии завтрашнего дня, может вскоре открыть новую эру энергоэффективных инноваций.
Благодаря нашему Telegram-каналу вы можете быть в курсе выхода новых статей из журнала «Экономические сценарии».
Статья «Инновация: новый светочувствительный материал, позволяющий напрямую переходить от солнечной энергии к механической энергии» опубликована в Scenari Economici .
Это автоматический перевод публикации, опубликованной в журнале Scenari Economici по адресу https://scenarieconomici.it/innovazione-un-nuovo-materiale-fotosensibile-permette-di-passare-direttamente-dallenergia-solare-a-quella-meccanica/ в Sun, 20 Aug 2023 09:00:57 +0000.