Wie Smart Morphable Surfaces funktionieren

Wenn Ihnen kalt ist, müssen Sie Ihrer Haut nicht sagen, dass es Zeit ist, Gänsehaut zu bekommen. Es weiß, was zu tun ist, basierend auf den Bedingungen, denen es ausgesetzt ist. Smorphs funktionieren genauso. Oleksii Sergieiev / ThinkStock

Wenn Sie das nächste Mal nach unten schauen und Cellulite an Ihren Oberschenkeln sehen, verzweifeln Sie nicht: Diese Grübchen könnten Sie tatsächlich schneller und aerodynamischer machen.

Nein, wir machen keine Witze. Wenn Sie erst einmal etwas über intelligente, wandelbare Oberflächen gelernt haben, werden Sie vielleicht feststellen, dass Ihr körperlicher Hüttenkäse etwas ist, das es wert ist, gefeiert zu werden. Sie werden auch lernen, dass es für Ihren Kraftstoffverbrauch gut sein kann, wenn Ihr Auto in einem Hagelsturm verbeult wird - zumindest in einigen Fahrsituationen. Bevor Sie jedoch die Dellen in Ihrem Auto oder Ihrer Haut feiern, müssen Sie wissen, wie intelligente, wandelbare Oberflächen funktionieren.

Intelligente verwandlungsfähige Oberflächen oder Smorphs sind Oberflächen, die sich als Reaktion auf die Bedingungen um und in ihnen ändern. Ihre Haut ist wie ein Smorph. Wenn sich die Bedingungen in Ihrer Haut ändern, z. B. wenn Sie an Gewicht zunehmen, ändert sich auch Ihre Haut. Schlagen Sie zum Beispiel zu hart auf die Doritos, und Ihr Bauch wächst. Die gute Nachricht ist, dass im Gegensatz zu Ihrer Jeans Ihre Haut mitwächst. Wenn Sie jemals schwanger waren oder den Bauch einer schwangeren Frau gesehen haben, wissen Sie, dass sich Ihre Haut über einen wachsenden Körperteil gelehrt und straff dehnen kann. Wenn dieser Körperteil schrumpft, wenn er ein Baby bekommt oder Doritos gegen Karottenstifte eintauscht, schrumpft die Haut normalerweise auch wieder nach unten.

Natürlich schrumpft unsere Haut nicht immer perfekt zurück. Nach einem großen Gewichtsverlust können wir lose Haut und Dehnungsstreifen haben. Die Haut reagiert jedoch nicht nur auf Bedingungen im Körper. Wenn Sie zu lange in der Wanne verbringen, bekommen Sie faltige Finger. Wenn Sie an einem kalten Tag nackt nach draußen gehen, bekommen Sie Gänsehaut (sowie ein Zitat, da öffentliche Nacktheit an den meisten Orten illegal ist). Smorphs sind insofern wie Haut, als sie nicht immer glatt und glatt sind und auf Bedingungen innerhalb und außerhalb des Körpers reagieren können. In einigen Fällen können die Grübchen in einem Smorph die Aerodynamik und den Kraftstoffverbrauch von Autos verbessern. Wenn nur Ihre Dehnungsstreifen dasselbe tun könnten. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie das Auto, das Sie in Zukunft fahren könnten, eine formverändernde Haut haben kann, die in einer Minute Noppen aufweist und in der nächsten glatt ist - und das hängt alles von den Fahrbedingungen ab.

Inhalt

1. Grübchen und Aerodynamik
2. Smorphs am MIT
3. Intelligente morphbare Oberflächen und Autos

Im Gegensatz zu einem Golfball (der ständig mit Noppen versehen ist) kann ein Smorph je nach Volumen des darin enthaltenen Materials zwischen glatt und faltig wechseln. Airubon / ThinkStock

Wenn Sie an einem schönen Nachmittag auf die Driving Range gehen, werden Sie die Inspiration für die Verwendung von Smorphs bei Autos sehen. Golfbälle mit ihrem düsteren, faltigen Äußeren halfen dabei, einige der Arbeiten zu informieren, die Ingenieure und andere Forscher an Smorphs durchführen. Diese Forschung könnte zu einer Haut mit Noppen und damit zu einem verbesserten Kraftstoffverbrauch für Autos führen.

Golfbälle waren nicht immer absichtlich verbeult. Tatsächlich waren Golfbälle bis Mitte des 19. Jahrhunderts glatt und wurden erst während des Spiels verbeult. Wenn Sie ungefähr hundert Mal pro Runde getroffen werden, werden Sie schließlich ein paar Beulen und Beulen bekommen. Als Golfer bemerkten, dass die älteren, verbeulten Bälle weiter gingen, forderten sie auch von neuen Golfbällen die gleiche Leistung. Und als die Hersteller anfingen, verbeulte Bälle zu verkaufen, war der moderne Golfball mit Noppen geboren.

Die Grübchen auf einem Golfball helfen ihm, weiter zu gehen, da die Dellen nicht zulassen, dass die Luft am Ball "haftet". Stattdessen stören die Grübchen die Luft, die dem Ball am nächsten ist, wenn er sich bewegt. Jedes Grübchen sorgt für einen kleinen Mini-Zyklon um den Ball. Anstatt wie eine glatte Kugel auszusehen, über die Luft strömt, sieht die Oberfläche des Balls wie eine Teetassenfahrt aus: eine Kugel, die sich durch die Luft bewegt, aber von kleineren Kreisen verdrehter Luft umgeben ist. Diese wirbelnde Bewegung hilft dabei, die Luft schneller um den Ball zu bewegen, was den Windwiderstand verringert, dem der Ball ausgesetzt ist. Weniger Windwiderstand bedeutet, dass weniger Energie benötigt wird, um den Ball über eine bestimmte Distanz zu bewegen.

Bei einem Auto bedeutet weniger Windwiderstand, dass weniger Energie benötigt wird, um die Straße vorwärts zu fahren. Dies führt zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch oder, wenn Sie von Elektroautos sprechen, zu einer geringeren Batterieentladung. Nehmen Sie noch keinen Golfschläger mit zu Ihrem Auto. Grübchen an Autos verbessern die Effizienz nur in bestimmten Situationen. Hier kommen Smorphs ins Spiel.

Forscher am Massachusetts Institute of Technology haben Smorphs auf Silikonbasis entwickelt, die auf Bedingungen reagieren und den Luftwiderstand verringern, indem sie Grübchen oder Glatte bilden. Jorge Salcedo / ThinkStock

Dies ist nur eine Vermutung, aber die Chancen stehen gut, dass die meisten Verbraucher kein vorgebeultes Auto kaufen möchten, selbst wenn es den Kraftstoffverbrauch verbessert. Die Sache ist, Grübchen verringern nur in einigen Situationen den Windwiderstand. In anderen Situationen ist eine glatte Haut vorzuziehen. Genau wie Ihre eigene Haut kann sich eine intelligente, wandelbare Oberfläche an die Bedingungen um sie herum anpassen.

Stellen Sie sich Smorphs wie Luftballons vor: Wenn Sie einen Luftballon in die Luft jagen, wird seine Oberfläche glatt und dicht. Wenn sich jedoch das Luftvolumen im Ballon ändert - beispielsweise aufgrund eines Lecks oder einer Änderung der Lufttemperatur - wird die Oberfläche des Ballons weich und biegsam. Im Fall der Smorphs, von denen Wissenschaftler hoffen, dass sie die Aerodynamik und Kraftstoffeffizienz von Autos verbessern, würden sie faltig werden. Diese Falten könnten eine große Hilfe sein, wenn es darum geht, effizientere Autos zu bauen.

Der Wechsel von glatt zu Noppen deckt die "Morphabilitäts" -Komponente von intelligenten morphbaren Oberflächen ab, aber auch der "intelligente" Teil des Namens ist eine Schlüsselkomponente. Wenn Ihnen kalt ist, müssen Sie Ihrer Haut nicht sagen, dass es Zeit ist, Gänsehaut zu bekommen. Es weiß, was zu tun ist, basierend auf den Bedingungen, denen es ausgesetzt ist. Smorphs funktionieren genauso. Sie reagieren auf die Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, um die aerodynamischste Oberfläche zu erhalten.

Forscher am Massachusetts Institute of Technology haben Smorphs auf Silikonbasis entwickelt, die auf Bedingungen reagieren und den Luftwiderstand verringern, indem sie Grübchen oder Glatte bilden. Um die Grübchen herzustellen, machen die Forscher den Innenraum des Smorphs drucklos. Der Smorph reagiert auf die Veränderung des Innenvolumens wie Haut bei jemandem, der plötzlich seinen Bierbauch verloren hat, indem er ein Muster aus Falten und Grübchen bildet. Wenn das Innenvolumen erhöht wird, glättet sich der Smorph.

An einem Auto könnten Sensoren, ein Computer und eine Software an die Außenhaut des Fahrzeugs angeschlossen werden, um die Widerstandsmessungen zu überprüfen und die Hautmerkmale nach Bedarf anzupassen, um den Widerstand zu verringern und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.

Diese Kugel besteht aus weichem Polymer mit einem hohlen Zentrum und einer dünnen Beschichtung aus einem steiferen Polymer. Es wird grübchenförmig, wenn die Luft aus dem hohlen Zentrum gepumpt wird, wodurch sie schrumpft. Pedro Reis / MIT

Im Gegensatz zu einem Golfball oder den Oberschenkeln meiner Tante Mabel (beide sind ständig mit Grübchen versehen) kann ein Smorph je nach Volumen des darin enthaltenen Materials zwischen glatt und faltig wechseln. Ein Golfball muss dies nicht tun, da er selten eine Geschwindigkeit überschreitet, bei der seine Grübchen aufhören, seine Aerodynamik zu verbessern. Autos hingegen können viel schneller fahren als Golfbälle. Bei hohen Geschwindigkeiten erhöhen die Grübchen tatsächlich den Windwiderstand. Und deshalb haben wir Ihnen gesagt, Sie sollten sich zurückhalten, wenn Sie Ihrem Auto Ihre eigenen Grübchen hinzufügen. Wenn Sie auf die Autobahn fahren, verlangsamen Sie diese hausgemachten Dellen.

Die Forscher glauben, dass durch Smorphs das Äußere eines Autos angepasst werden kann, um den Luftwiderstand zu minimieren und die Aerodynamik je nach den Bedingungen zu maximieren. Wenn das Auto relativ langsam fährt, kann der Smorph seine Grübchen hervorheben und sowohl den Luftwiderstand als auch die Energiemenge reduzieren, die das Auto benötigt, um sich zu bewegen. Wenn das Auto schneller fährt, kann sich der Smorph glätten, damit das Auto durch die Luft rutschen kann. Sensoren an der Außenseite des Fahrzeugs können den Windwiderstand messen und die Haut des Fahrzeugs nach Bedarf anpassen.

Autos sind heute so aerodynamisch wie in den meisten Situationen. Aber was das Auto an allgemeiner Aerodynamik gewinnt, verliert es an Aerodynamik für bestimmte Situationen. Ein Auto mit einer glatten Haut kann sich ständig ändern, um unabhängig von den Bedingungen so effizient wie möglich zu werden.

Autos mit intelligenten morphbaren Oberflächen sind noch weit entfernt, aber Smorphs eröffnen einige aufregende Möglichkeiten nicht nur für das Automobildesign, sondern auch für die Luft- und Raumfahrttechnik und sogar für Baumaterialien. Ein Gebäude mit einer verformbaren Oberfläche kann beispielsweise starken Winden besser standhalten als ein Gebäude aus herkömmlichen Materialien.

Ordentlich, was? Und Sie dachten, Ihre Cellulite würde nichts für Sie tun.

Anmerkung des Autors: Wie Smart Morphable Surfaces funktionieren

Wenn Sie darüber nachdenken, wie Sie den Kraftstoffverbrauch von Autos verbessern können, setzen die meisten Menschen auf die Technologie, die das Auto tatsächlich bewegt - oder was es antreibt. Erst vor kurzem haben wir uns mit der Verwendung von Materialien wie Aluminium und Kohlefaser in Massenautos in Frage gestellt, ob die Materialien, aus denen wir Autos bauen, zu einer verbesserten Effizienz beitragen können. Wenn sich die meisten Menschen das Auto der Zukunft vorstellen, denken sie an ein superschickes Auto, das durch den Verkehr schneidet. Ein Auto mit Formwandel und Noppenhaut hat möglicherweise nicht das gleiche Tron-ähnliche Gefühl oder Aussehen, aber ich fühle mich auf jeden Fall besser in Bezug auf die Delle, die ich letzte Woche beim parallelen Parken in meinen Kotflügel gesteckt habe.

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Quellen

• Bennington-Castro, Joseph. "Intelligente morphbare Oberflächen können nach Belieben grübeln." MRS Bulletin. 39. 8. 655-655. August 2014. (20. Oktober 2014) http://journals.cambridge.org/action/displayAbstract?fromPage=online&aid=9319822&fileId=S0883769414001766
• Chandler, David L. "Morphable Oberflächen könnten den Luftwiderstand verringern." MIT News. 24. Juni 2014. (20. Oktober 2014) http://newsoffice.mit.edu/2014/morphable-surfaces-could-cut-air-resistance-0624
• Schwer, Andrew. "Das ist kein Bubblegum; es ist MITs 'Morphable' Automotive Skin der Zukunft." Digitale Trends. 29. Juli 2014. (20. Oktober 2014) http://www.digitaltrends.com/cars/smorph/
• Stockton, Nick. "Die schnellsten Autos von morgen könnten mit morphbaren Häuten bedeckt sein." Verdrahtet. 24. Juli 2014. (20. Oktober 2014) http://www.wired.com/2014/07/the-futures-fastest-cars-could-be-covered-in-morphable-skins/