Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja

07.06.2021

Pittsburgh-itsetietoinen-javoimainen-materiaali-300-t.jpgKuva uudenlaisesta itsetietoisesta metamateriaalijärjestelmästä, jota käytetään sepelvaltimon stentissä. Siellä rakenne voi havaita vahingolliset muutokset aivan kuin suuremmassa mittakaavassa siltapalkeissa, jossa muutoksia voidaan tarkkailla ilman ulkopuolista energialähdettä.

Suurempi kuva

Pittsburghin yliopiston Swanson teknillisen korkeakoulun iSMaRT-laboratorio on suunnitellut uuden luokan materiaaleja, jotka ovat sekä antureita että nanogeneraattoreita.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa kuvataan uutta metamateriaalijärjestelmää, joka toimii omana anturina, joka tallentaa ja välittää tärkeitä tietoja paineesta ja jännityksistä rakenteissaan. Kehitetty "itsetietoinen metamateriaali" tuottaa myös oman käyttövoimansa ja sitä voidaan käyttää monenlaisiin tunnistus- ja valvontasovelluksiin.

Työn innovatiivisin osa on sen skaalautuvuus: sama periaate toimii sekä nano- että megaskaalalla yksinkertaisesti räätälöimällä suunnittelugeometria.

"Ei ole epäilystäkään siitä, että seuraavan sukupolven materiaalien on oltava monitoimisia, mukautuvia ja viritettäviä," sanoo rakennus- ja ympäristötekniikan ja biotekniikan apulaisprofessori Amir Alavi, joka johtaa iSMaRT-laboratoriota.

"Näitä ominaisuuksia ei voida saavuttaa pelkästään luonnonmateriaaleilla - tarvitset hybridi- tai komposiittimateriaalijärjestelmiä, joissa kukin osatekijä tarjoaa oman toiminnallisuutensa. Keksimämme itsetietoiset metamateriaalijärjestelmät voivat tarjota nämä ominaisuudet yhdistämällä edistyneitä metamateriaaleja ja energiankeräystekniikoita, olipa kyseessä sitten lääketieteellinen stentti, iskunvaimennin tai lentokoneen siipi."

Materiaali on suunniteltu siten, että paineen alaisena sen sähköä johtavan ja dielektrisen kerroksen välillä tapahtuu kontaktisähköistymistä, mikä luo käyttötehoksi käytettävän sähkövarauksen mutta välittää myös informaatiota materiaalin kunnosta. Lisäksi se perii metamateriaalien omat mekaaniset ominaisuudet.

"Uskomme, että tämä keksintö on pelin muuttaja metamateriaalitieteessä, jossa monitoiminnallisuus on nyt saamassa paljon vetovoimaa", kertoo tohtorikoulutettava Kaveh Barri. "Vaikka huomattava osa tämän alan nykyisistä ponnisteluista on vain mennyt uusien mekaanisten ominaisuuksien tutkimiseen, olemme menossa askeleen pidemmälle tuomalla mullistavia itsevaraavia ja itsetunnistavia mekanismeja materiaalijärjestelmien pariin."

”Mielenkiintoisin panoksemme on, että suunnittelemme älykkyyden uudet näkökohdat metamateriaalien tekstuuriin. Voimme kirjaimellisesti muuttaa minkä tahansa materiaalijärjestelmän tunnistavaksi väliaineiksi ja nanogeneraattoreiksi tämän konseptin mukaisesti”, lisäsi Gloria Zhang, toinen tohtorikoulutettava Alavin laboratoriossa.

Tutkijat ovat luoneet useita prototyyppimalleja erilaisille siviili-, ilmailu- ja biolääketieteellisille sovelluksille. Pienemmässä mittakaavassa sydänstenttiä voidaan käyttää verenkierron seuraamiseen ja restenoosin eli valtimon uudelleen kapenemisen havaitsemiseen. Suuremmassa mittakaavassa siitä voida luoda siltaan sopiva mekaanisesti viritettävä rakenne, joka pystyy itsevalvomaan siltarakenteen vikoja.

Näillä materiaaleilla on valtava potentiaali myös maan ulkopuolella. Itsetietoinen materiaali ei käytä hiilikuituja eikä keloja; niillä on kevyt massa, alhainen tiheys, edullinen hinta, erittäin skaalautuva ja se voidaan valmistaa käyttämällä laajaa valikoimaa orgaanisia ja epäorgaanisia materiaaleja. Nämä ominaisuudet tekevät niistä ihanteelliset käytettäväksi avaruuden tutkimuksissa.

Aiheista aiemmin:

Metamateriaali ratkoo yhtälöitä

E-tekstiilejä ja metamateriaaleja

03.12.2021Kotimaista kvanttitietotekniikkaa
02.12.2021Dynaamisesti ohjelmoitava transistori
01.12.2021Yksinkertaisempi suunnitelma kvanttitietokoneille
30.11.2021Näkyvän valon modulointi sirutasolle
29.11.2021Fyysistä salaustekniikkaa nopeille langattomille
27.11.2021Kvanttipisteledi taipuu kuin paperi
26.11.2021Ultranopea akkujen lataus uudella anodimateriaalilla
25.11.2021Nanoantenni avittaa kvanttiviestintää
24.11.2021Vihreää vetyä edullisemmin
23.11.2021Astrosyytit tekoälyn tehostajiksi
22.11.2021Nanoresonaattoreita 3D-tulostuksella
20.11.2021Solut laskevat ja peptideistä antureita
19.11.2021Topologialla kohti terahertsitaajuuksia
18.11.2021Suprajohtavia johteita ja koneita
17.11.2021Kohti tehokkaampaa kvanttilaskentaa
16.11.2021Perovskiitista on moneksi
15.11.2021Yliääniä ja suprajohtavuutta grafeenissa
13.11.2021Energian varastointi kasvien elektronisiin juuriin
12.11.2021Uutta väriä ledeihin
11.11.2021Fotonioperaatiot sopivat yhä paremmin sirulle
10.11.2021Kohti hologarfista videokonferenssia
09.11.2021Spin-kubitin hallintaa
08.11.2021Tekoälyä tehokkaammin
06.11.2021Navigointia ilman GPS:ää
05.11.2021Grafeenia doupaten
04.11.2021Valon hallintaa mustalla fosforilla
03.11.2021Yleiskäyttöinen nopea virheenkorjaus
02.11.2021Sellulla ja kuparilla parempia ja turvallisempia akkuja
01.11.2021Kohinan leikkausta ja hybridikäyttöä kvanttilaskennalle
30.10.2021Anturi SARS-CoV-2-proteiineille
29.10.2021Parveilevaa ja loikkivaa robottitekniikkaa
28.10.2021Räjähtävää sähkövoimaa
27.10.2021Nanomittakaavan 3D-rakenteita
26.10.2021Germaniumia kvanttielektroniikkaan
25.10.2021Jäähdyttää radioaaltoja kvanttitilaan
22.10.2021Fotoniikkaa topologisesti
21.10.2021Metamateriaali ohjaa valon korrelaatioita
20.10.2021Elektronien tanssia, lomittumista ja jäätiköitä
19.10.2021Molekyyli kerrallaan
18.10.2021Sähköisesti ohjattua magnetismia
15.10.2021Topologinen fotoni-fononi -läpimurto
14.10.2021Valolla hallittavia meta-ajoneuvoja
12.10.2021Lennokkiantennit EMF-ongelmien ratkaisijana
11.10.2021Tuulen lennättämä mikrosiruanturi
08.10.2021Katalyyttejä yhdellä atomilla ja ferrosähköllä
07.10.2021Ihmiseen integroitavia elektroniikan polymeerejä
06.10.2021Twist, twist, twist
05.10.2021Laskentaa ilman digitaaliprosessoria
04.10.2021Superioninen johde ja muita akku-uutisia
01.10.2021Lämmönhallintaa nanoelektroniikalle
30.09.2021Vuotaa ja ei vuoda
29.09.2021Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa
28.09.2021Uusia ja ikivanhoja ideoita mikrolasereille
27.09.2021Uusia optisen tiedonsiirron ratkaisuja
24.09.2021Hehkuvien kasvien seuraava sukupolvi
23.09.2021Mikroaaltojen fotoneja kvanttitietokoneisiin
22.09.2021Osittaisdifferentaaleja ja Hamiltoneita ratkaisemaan
21.09.2021Etsausta spintroniikalle ja laaksotroniikalle
20.09.2021Huonelämpötilainen spintransistori
17.09.2021Kiertymiä ja laaksoja
16.09.2021Vihreää polttoainetuottoa kehittäen
15.09.2021Topologiaa ja magneettisuutta
14.09.2021Kvanttianturit ohenevat
13.09.2021Nanokamera seuraa kemiallisia reaktioita
10.09.2021Komplementaarista galliumnitridielektroniikkaa
08.09.2021Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja
06.09.2021Ionit vauhdikkaina erittäin ohuissa savissa
03.09.2021Akun anodi ja katodi osana kotelointia
01.09.2021Nanomaailman kvanttiominaisuuksia
30.08.2021Perovskiitillä vihreämpiä transistoreita
27.08.2021Ferrosähköistä energian tuottoa
25.08.2021Kvanttiturvallinen viestintä ilman avainten jakelua
23.08.2021Alumiini kiinnostaa energia-alaa
20.08.2021Kvanttipalapelin puuttuvia paloja
18.08.2021Muistitekniikalle uusia ja vanhoja konsteja
16.08.2021Nanoteknistä pienenergian keruuta
13.08.2021Ennätysohuet magneetit hallintaan
11.08.2021Portti auki seuraavan sukupolven tietojenkäsittelylle
09.08.2021Epätavallinen suprajohde kvanttilaskennan alustaksi?
05.08.2021Aurinkokennoja siemenistä kasvattaen
04.08.2021Grafeenikamera kuvaa sydämen sähköistä toimintaa
02.08.2021Laser ja mikrokampa samalle sirulle
30.07.2021Australialaistutkijat kehittivät kvanttimikroskoopin
29.07.2021Fotonit ja magnonit kaveraavat
19.07.2021Kvanttiaskel lämpökytkimelle
08.07.2021Lämpöaaltoja puolijohdemateriaalissa
25.06.2021Kvanttipisteet voivat "puhua" keskenään
24.06.2021Metamateriaaleja tulostustekniikalla
23.06.2021Kohti topologisia suprajohteita
22.06.2021Uusia ominaisuuksia moiré-superhiloissa
21.06.2021Valoa ja elektroneja antiferromagneeteille
17.06.2021Uusia materiaalimuotoja elektroniikalle
16.06.2021Kvanttiviestintää helposti ja pitkille matkoille
15.06.2021Elektronisia järjestelmiä nanovihreästä materiaalista
14.06.2021Atominen katse litiumakkuihin
12.06.2021Kubitteja hiilinanoputkista
11.06.2021RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja
10.06.2021Kuinka revontulet syntyvät?
09.06.2021Radiotaajuisen signaalin prosessointi akustiseksi
08.06.2021Magnetosähköä ja magnetostriktiota

Näytä lisää »